PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 20 do IME 2022
| Gás | v [m/s] |
|---|---|
| argônio | 319 |
| criptônio | 221 |
| hélio | 1007 |
| hidrogênio | 1270 |
| oxigênio | 326 |
| xenônio | 178 |
fonte: https://pages.mtu.edu/~suits/SpeedofSoundOther.html
A tabela mostra a velocidade v do som, a 20\text{ }^\text{o}\text{C} e 1\text{ atm}, em seis gases diferentes. Quando um tubo aberto em uma das extremidades é enchido com oxigênio, a frequência do primeiro harmônico do som produzido pelo tubo é 163\text{ Hz}. Quando o oxigênio é substituído por um dos cinco gases restantes, a frequência do quinto harmônico do som produzido pelo tubo é 2517{,}5\text{ Hz}. Isso significa que o gás escolhido para o segundo experimento foi o:
- Aargônio
- Bcriptônio
- Chélio
- Dhidrogênio
- Exenônio
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Resolução comentada
Tubo aberto em uma extremidade (fechado na outra) só tem harmônicos ímpares, com frequência f_n = n\,\dfrac{v}{4L}, sendo n = 1, 3, 5, \dots Assim, o quinto harmônico corresponde a n = 5 (e não a n=9).
1) Comprimento do tubo, com oxigênio. Primeiro harmônico: f_1 = \dfrac{v}{4L}.
2) Segundo experimento. O tubo é o mesmo, então 4L = 2\ \text{m}. Se o quinto harmônico é n=5:
Pela tabela, 1007\ \text{m/s} é a velocidade do som no hélio.
Confirmando: f_5 = 5\cdot 1007/2 = 2517{,}5\ \text{Hz}. ✓
Se tivéssemos tomado o quinto harmônico como n=5 de um tubo aberto nas duas pontas, o resultado seria diferente, mas o enunciado fala em tubo aberto em apenas uma extremidade.
Alternativa C.
Pegadinha: Tratar o tubo como aberto nas duas pontas (usando f_n = nv/2L) ou usar n=9 para o quinto harmônico leva a velocidades que não correspondem a nenhum gás da tabela.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AO argônio tem v=319 m/s, que daria f_5\approx 797{,}5 Hz, bem abaixo do valor dado.
- BO criptônio tem v=221 m/s, que daria f_5 = 552{,}5 Hz.
- DO hidrogênio (1270 m/s) daria f_5 = 3175 Hz, e não 2517{,}5 Hz.
- EO xenônio tem v=178 m/s, que daria f_5 = 445 Hz.
Assuntos: tubos sonoros, ondas estacionárias, velocidade do som.
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Fonte: IME 2022 · Prova objetiva. Prova oficial ↗