PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 18 do IME 2022
Uma fonte sonora A, que emite um som de frequência constante, e um observador B estão próximos um do outro e movem-se lentamente de acordo com as equações temporais no Plano XY mostradas abaixo:
Considerando que a fonte sonora emita um som de frequência constante, a frequência percebida pelo observador, dentre as opções, é desprovida de efeito Doppler quando o instante t for:
- A0
- B\pi/6
- C\pi/2
- D3\pi/4
- E\pi
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Resolução comentada
O efeito Doppler depende da componente da velocidade relativa ao longo da reta que liga a fonte ao observador. Não há efeito quando a distância entre A e B não varia naquele instante, ou seja, quando a velocidade relativa é perpendicular ao vetor posição relativa.
Vetor posição relativa de A em relação a B:
Velocidade relativa (derivada de \vec r):
Os termos \log(1+t) se cancelam, e as componentes y têm a mesma derivada (2), então só sobra a componente em x.
Condição: \vec r\cdot\vec v=0:
- (\cos t+\sen t)(\cos t-\sen t)+4\cdot 0=0
- \cos^2 t-\sen^2 t=0, isto é, \cos 2t=0
- 2t=\pi/2+k\pi, logo t=\pi/4+k\pi/2
Valores possíveis: \pi/4,\ 3\pi/4,\ 5\pi/4,\dots
Entre as opções, só 3\pi/4 serve. Conferindo: \cos 2t=\cos(3\pi/2)=0.
Outra possibilidade seria \vec v=0, mas isso exigiria \cos t=\sen t, o que também dá t=\pi/4+k\pi e não muda o resultado.
Alternativa D.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AEm t=0, \cos 2t=1\neq0: a velocidade relativa é (1,0) e a distância está variando.
- BEm t=\pi/6, \cos 2t=1/2\neq0, então há variação de distância.
- CEm t=\pi/2, \cos 2t=-1\neq0; a distância varia.
- EEm t=\pi, \cos 2t=1\neq0; há efeito Doppler.
Assuntos: efeito Doppler, velocidade relativa, cinemática vetorial.
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Fonte: IME 2022 · Prova objetiva. Prova oficial ↗