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Questão 49 do ENEM 2016

1º dia · Ciências da Natureza · H1 · Física: Efeito Doppler

Uma ambulância A em movimento retilíneo e uniforme aproxima-se de um observador O, em repouso. A sirene emite um som de frequência constante f_A. O desenho ilustra as frentes de onda do som emitido pela ambulância. O observador possui um detector que consegue registrar, no esboço de um gráfico, a frequência da onda sonora detectada em função do tempo f_{\text{O}}(t), antes e depois da passagem da ambulância por ele.

Frentes de onda sonoras circulares emitidas pela ambulância A enquanto ela se move para a direita em direção ao observador O, mostrando frentes de onda mais próximas à frente e mais espaçadas atrás.

Qual esboço gráfico representa a frequência f_{\text{O}}(t) detectada pelo observador?

  1. A
    Gráfico de f_o(t) em função de t oscilando senoidalmente em torno da linha tracejada f_A.
  2. B
    Gráfico de f_o(t) em função de t apresentando um pico em formato de sino acima da linha tracejada f_A.
  3. C
    Gráfico de f_o(t) em função de t com curva em formato de S crescente, partindo de um valor abaixo de f_A e subindo até um patamar acima de f_A.
  4. D
    Gráfico de f_o(t) em função de t com curva em formato de S decrescente, partindo de um patamar alto acima de f_A e descendo até um patamar inferior abaixo de f_A.
  5. E
    Gráfico de f_o(t) em função de t com uma linha reta horizontal constante no valor f_A.
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Resolução comentada

O fenômeno é o efeito Doppler: quando fonte e observador têm movimento relativo, a frequência detectada muda em relação à emitida.

  1. Ambulância se aproximando: as frentes de onda ficam mais juntas à frente dela, o comprimento de onda detectado diminui e a frequência percebida é maior que f_A: f_O > f_A.

  2. Ambulância se afastando: as frentes ficam mais espaçadas atrás dela, o comprimento de onda aumenta e a frequência percebida é menor que f_A: f_O < f_A.

  3. Como a velocidade é constante (MRU), a frequência é praticamente constante em cada trecho. Ela cai de um patamar alto para um baixo de forma suave na passagem pelo observador, sem oscilar e sem voltar ao valor inicial.

Assim, o gráfico começa acima de f_A (aproximação), cruza f_A na passagem e termina abaixo de f_A (afastamento). Esse é o gráfico em forma de S decrescente.

Alternativa D.

Pegadinha: A alternativa C engana quem inverte o efeito Doppler e associa aproximação a frequência menor; a B engana por mostrar só o aumento, esquecendo a queda após a passagem.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Amostra frequência oscilando periodicamente, o que não ocorre num movimento retilíneo uniforme.
  • Bindica frequência sempre acima de f_A, com um pico, ignorando que no afastamento ela fica menor.
  • Cinverte o efeito: coloca a frequência abaixo de f_A na aproximação e acima no afastamento.
  • Esupõe frequência constante igual a f_A, o que só vale sem movimento relativo entre fonte e observador.

Assuntos: Efeito Doppler, Ondas sonoras e acústica.

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