PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 4 (Física) da 2ª fase do IME 2024
Em uma experiência de campo, um observador parado estuda o movimento de um veículo que se aproxima em sua direção. De tempos em tempos, o veículo emite simultaneamente um sinal acústico de frequência f e um sinal luminoso. No instante t = t_1, o observador detecta um sinal luminoso; no instante t = t_1 + \Delta t_1, detecta o sinal acústico correspondente com uma frequência f_1. No instante t = t_2, o observador detecta outro sinal luminoso; no instante t = t_2 + \Delta t_2, detecta o sinal acústico correspondente com uma frequência f_2.
Dados:
- f = 300\text{ Hz};
- t_1 = 0\text{ s};
- \Delta t_1 = 3\text{ s};
- f_1 = 310\text{ Hz};
- t_2 = 34\text{ s};
- \Delta t_2 = 1\text{ s};
- f_2 = 320\text{ Hz};
- velocidade do som: 340\text{ m/s}.
Observação:
- a velocidade do veículo não sofre variações abruptas.
Para o intervalo de tempo t_1 \le t \le t_2, determine:
a) a velocidade média do veículo;
b) a aceleração média do veículo.
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Resolução comentada
a) A luz chega ao observador praticamente no instante da emissão. Já o som viaja a 340\ \text{m/s}, então o atraso \Delta t dá a distância do veículo no momento da emissão.
- Em t_1=0: d_1 = 340\cdot 3 = 1020\ \text{m}.
- Em t_2=34\ \text{s}: d_2 = 340\cdot 1 = 340\ \text{m}.
O veículo se aproxima em linha reta, então o deslocamento é 1020-340=680\ \text{m} em 34\ \text{s}:
v_m = 20\ \text{m/s}
b) A aceleração média é a_m=\dfrac{v_2-v_1}{t_2-t_1}. Para achar v_1 e v_2 usamos o efeito Doppler, com observador parado e fonte se aproximando:
Como a velocidade não varia abruptamente, a frequência detectada corresponde à velocidade do veículo no instante da emissão, isto é, em t_1 e em t_2.
- Em t_1: v_1=340\left(1-\dfrac{300}{310}\right)=\dfrac{340}{31}\approx 10{,}97\ \text{m/s}.
- Em t_2: v_2=340\left(1-\dfrac{300}{320}\right)=21{,}25\ \text{m/s}.
Então:
a_m \approx 0{,}30\ \text{m/s}^2
Assuntos: Efeito Doppler, Velocidade média e movimento uniforme, Movimento uniformemente variado (MUV).
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Fonte: IME 2ª fase 2024 · Física. Prova oficial ↗