Ciências da NaturezaOndulatória (Propriedades das Ondas, Fenômenos Ondulatórios e Acústica)Médio

Questão de Ondulatória (Propriedades das Ondas, Fenômenos Ondulatórios e Acústica) — ENEM

Em uma atividade experimental proposta para estudantes do ensino médio em uma escola próxima a uma ferrovia, o professor aproveita o ambiente para discutir como a velocidade do som varia conforme o meio de propagação. Um observador encosta o ouvido ao trilho de aço enquanto outro, a certa distância, bate na extremidade do trilho com um martelo. O primeiro ouvido registra dois sons distintos: um som que chegou pelo próprio trilho de aço e, logo depois, outro que chegou pelo ar. Isso ocorre porque o som viaja muito mais rápido no aço do que no ar: no aço, a velocidade do som é de aproximadamente 5 000 metros por segundo, enquanto no ar, em condições normais, é de cerca de 340 metros por segundo. O professor explica que a velocidade de propagação de uma onda mecânica depende das propriedades elásticas e da densidade do meio, e não da frequência do som emitido. Levando em conta as informações da atividade, por que o som chegou primeiro pelo trilho de aço do que pelo ar?
APorque o aço amplifica o som, aumentando sua frequência
BPorque o comprimento de onda do som no aço é menor do que no ar
CPorque a velocidade de propagação no aço é muito maior do que no ar
DPorque o aço é um meio eletromagnético e transmite o som sem perda
EPorque o martelo criou uma onda longitudinal somente no trilho, e não no ar

Gabarito comentado

A velocidade de uma onda mecânica cresce com a rigidez do meio e decresce com o aumento da densidade. O aço tem rigidez muito superior à do ar, o que explica sua velocidade do som muito maior. Esse princípio é aplicado em geofonia, em detecção de vazamentos em tubulações e em sistemas de comunicação por vibração em estruturas sólidas.

Resolução passo a passo

A velocidade de propagação de uma onda mecânica depende das propriedades do meio: rigidez (módulo de elasticidade) e densidade. O aço é muito mais rígido do que o ar e, mesmo sendo mais denso, a elevada rigidez faz com que o som se propague a cerca de 5 000 metros por segundo no aço, contra apenas 340 metros por segundo no ar. Como a distância percorrida é a mesma para os dois caminhos, o som que viaja pelo trilho chega ao observador muito antes do que o som transmitido pelo ar. A ideia de que o aço amplifica a frequência confunde velocidade com frequência: a velocidade muda conforme o meio, mas a frequência do som é determinada pela fonte e permanece a mesma. O comprimento de onda no aço é maior do que no ar — pois λ = v/f e a velocidade é maior — o que contradiz a segunda opção. O aço não é um meio eletromagnético, sendo um sólido metálico que transmite ondas mecânicas. O martelo gera ondas mecânicas tanto no trilho quanto no ar circundante, afastando a última alternativa. Assim, a maior velocidade no aço é a única explicação correta.

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