Baixe Efeito Doppler Aula 20 e outras Notas de aula em PDF para Física, somente na Docsity!
O efeito Doppler consiste na frequência aparente, percebida por um observador, em virtude do
movimento relativo entre a fonte e o observador.
Caso I – Fonte em repouso e observador em movimento
Suponhamos uma fonte, em repouso em relação a Terra, emitido ondas com uma certa frequência
. As ondas emitidas por essa fonte tem velocidade ܸ
ௌ
(velocidade do som no ar) e um
comprimento de onda ߣ
, que podem ser relacionados através da equação fundamental ܸ
ௌ
Observador se aproximando da fonte
Quando o observador A se aproximar da fonte, perceberá uma quantidade de cristas maior do que
se estivesse em repouso. Portanto, perceberá uma frequência aparente maior do que a frequência
original (݂
) emitida pela fonte:
f
= f
v
v
v
Efeito Doppler
Aula 20
Observador se afastando da fonte
Quando o observador B se afastar da fonte, será atingido por uma quantidade menor de cristas do
que se estivesse em repouso, e perceberá uma frequência aparente menor do que a frequência
original (݂
) emitida pela fonte:
f
= f
v
v
v
Caso II – Fonte em movimento e observador em repouso
Fonte se afastando do observador
Neste caso, em virtude do afastamento entre as cristas emitidas pela fonte, o observador A
perceberá uma quantidade menor de cristas do que se a fonte estivesse em repouso, portanto, a
frequência aparente percebida por ele será menor do que a frequência original (݂
), emitida pela
fonte:
f
= f
v
v
v
Exemplo:
Considerando a velocidade do som no ar de 340 m/s,
temos que a frequência aparente percebida pelo
observador será:
f ( ୟ୮ୟ୰ୣ୬୲ୣ
)
A velocidade do som no ar será constante se as condições do meio permanecerem constantes.
De maneira geral, a velocidade de propagação de uma onda é dada por ܸ =
. ܶ , onde k é
uma constante relacionada às propriedades do meio e T é a temperatura medida em Kelvin.
EXERCÍCIOS
- (Udesc 2015) Um carro de bombeiros transita a 90km / h, com a sirene ligada, em uma rua reta e
plana. A sirene emite um som de 630Hz. Uma pessoa parada na calçada da rua, esperando para
atravessar pela faixa de pedestre, escuta o som da sirene e observa o carro de bombeiros se
aproximando. Nesta situação, calcule a frequência do som ouvido pela pessoa.
- (Cefet MG 2015) Uma ambulância, emitindo um som de frequência f, move-se com uma
velocidade v em direção a um pedestre que se encontra parado na margem de uma rodovia.
Considerando que a velocidade do som no ar é
s
v , a frequência f ' ouvida pelo pedestre vale
a)
s
v
f ' f.
v v
b)
s
s
v
f ' f.
v v
c)
s
s
v v
f ' f.
v
d)
s
s
v
f ' f.
v v
e) f ' f.
- (Ufrgs 2014) A frequência do som emitido pela sirene de certa ambulância é de Um
observador em repouso percebe essa frequência como sendo de Considere que a
velocidade da onda emitida é de e que não há obstáculos entre o observador e a
ambulância.
Com base nos dados acima, assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do
enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.
A ambulância __________ do observador com velocidade de __________.
a) afasta-se –
b) afasta-se –
c) afasta-se –
d) aproxima-se –
e) aproxima-se –
- (Ufsm 2013) Um recurso muito utilizado na medicina é a ecografia Doppler, que permite obter
uma série de informações úteis para a formação de diagnósticos, utilizando ultrassons e as
propriedades do efeito Doppler. No que se refere a esse efeito, é correto afirmar:
a) A frequência das ondas detectadas por um observador em repouso em um certo referencial é
menor que a frequência das ondas emitidas por uma fonte que se aproxima dele.
b) O movimento relativo entre fonte e observador não afeta o comprimento de onda detectado por
ele.
c) O efeito Doppler explica as alterações que ocorrem na amplitude das ondas, devido ao
movimento relativo entre fonte e observador.
600 Hz.
640 Hz.
1200 km / h
75 km / h
80 km / h
121 km / h
75 km / h
121 km / h
- (Unicamp 2011) Para se obter Vm o radar mede a diferença de frequências Δf, dada por Δf = f –
f 0
m
V
c
f 0
, sendo f a frequência da onda refletida pelo carro, f 0
= 2,4 x
10
Hz a frequência da onda
emitida pelo radar e c = 3,0 x
8
m/s a velocidade da onda eletromagnética. O sinal (+ ou -) deve
ser escolhido dependendo do sentido do movimento do carro com relação ao radar, sendo que,
quando o carro se aproxima, a frequência da onda refletida é maior que a emitida.
Calcule a diferença de frequência Δf medida pelo radar.
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:
Nesta prova, quando necessário, adote os seguintes valores:
Aceleração da gravidade: g = 10 m/s
2
Constante da gravitação universal: G = 6 x 10
−
N m
2
/ kg
2
Velocidade do som no ar: v = 340 m/s.
Massa da Terra: M = 6 x 10
24
kg.
Constante π = 3.
- (Ufpb 2011) Uma ambulância, enquanto resgata um enfermo, deixa a sirene ligada, a qual
emite um sinal sonoro com frequência de 500 Hz. Um carro se aproxima da ambulância com uma
velocidade de 85 m/s.
Nesse contexto, com qual frequência o condutor do carro irá escutar o som da sirene?
Gabarito:
Resposta da questão 1:
Utilizando os dados fornecidos no enunciado e sabendo que a fonte está se aproximando do
observador, usando a equação do efeito Doppler, tem-se que:
o
o f
f
v v
f f
v v
Onde v 340 m s
o
o
o
340 0
f 630
340 25
340
f 630
315
f 680 Hz
Resposta da questão 2:
[D]
Esta questão trata sobre o Efeito Doppler, onde a frequência emitida por uma fonte sonora (f) em
movimento relativo à um observador, é percebida por este com uma frequência (f’) diferente
daquela. Para o cálculo desta diferença entre as frequências emitida e observada, é utilizada a
seguinte equação:
s o
s
s
o
v v
f ' f
v v
Onde,
v Velocidade do som
v Velocidade do observador
v Velocidade da fonte
Como o observador está em repouso
o
(v 0)e a fonte aproxima-se do observador, tem-se que a
frequência observada neste caso será:
s
s
v
f ' f
v v
Resposta da questão 3:
[D]
(por aproximação)
Se a frequência percebida e maior que a frequência emitida pela fonte, ocorre aproximação
relativa entre o observador e a fonte. Como o observador está em repouso, a ambulância
aproxima-se do observador.
Aplicando a equação do efeito Doppler, com referencial adotado do observador para a fonte:
Resposta da questão 4:
[D]
O efeito Doppler é um fenômeno ondulatório, valendo, portanto, para ondas mecânicas ou
eletromagnéticas.
Resposta da questão 5:
[B]
[I] Incorreta. Quando a ambulância se afasta, o número de cristas de onda por segundo que
chegam ao ouvido do observador é menor.
[II] Incorreta. As variações na tonalidade do som da sirene da ambulância percebidas pelo
observador devem-se ao movimento relativo entre o observador e a fonte.
[III] Correta. Há movimento relativo entre o observador e a fonte.
[IV] Correta. O efeito Doppler é um fenômeno ondulatório e não exclusivamente sonoro.
Resposta da questão 6:
Dados: f 0 = 2,4 10
10
Hz; v = 72 km/h = 20 m/s; c = 3 10
8
m/s.
Analisando a expressão dada: ∆f = f – f 0
m
V
c
f 0
. Como o carro se aproximava, de acordo com o
enunciado, a frequência refletida é maior que a emitida (f > f 0
Assim a diferença ∆f = f – f 0 deve ser positiva, ou seja, devemos escolher o sinal (+).
ap
onda obs
onda fonte fonte fonte
fonte fonte fonte
fonte
f
v v 640 1.200 0 16 1.
f v v 600 1.200 v 15 1.200 v
1.200 15
1.200 v 1.200 v 1.125 v 1.200 1.
16
v 75 km/h.
