Questão 99 do Enem 2024: efeito Doppler na sirene e no radar

Enem 2024 · 2º dia · caderno azul · Física · Ondas e acústica

Nos outros cadernos: amarelo 117 · verde 109 · cinza 130

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D Mais agudo do que o som emitido e $f_r > f_0$ .

Uma ambulância em alta velocidade com a sirene ligada desloca-se em direção a um radar operado por uma pessoa. O radar emite ondas de rádio com frequência $f_0$ que são refletidas pela dianteira da ambulância, retornando para o detector com frequência $f_r$ . A percepção do operador do radar, em relação ao som emitido pela sirene, é de que este se altera à medida que a ambulância se aproxima ou se afasta.

Durante a aproximação, como o operador percebe o som da sirene e qual é a relação entre as frequências f_r e f₀ medidas pelo radar?

Tente antes de ler a resolução: toque numa alternativa.

Resolução comentada

O que a questão pede

São duas perguntas numa só:

Como o operador ouve a sirene enquanto a ambulância se aproxima (onda sonora).
Como fica a frequência da onda de rádio que bate na ambulância e volta para o radar (onda eletromagnética).

São tipos de onda diferentes, mas o fenômeno é o mesmo nas duas: o efeito Doppler.

O som da sirene

Quando a fonte se aproxima de quem ouve, cada nova frente de onda sai um pouco mais perto do que a anterior. As frentes chegam “apertadas”: o comprimento de onda percebido diminui e a frequência percebida aumenta.

E frequência maior é som mais agudo. Cuidado para não confundir: agudo e grave falam de frequência, não de volume.

Com números: sirene de 700 Hz, ambulância a 30 m/s (108 km/h) e som a 340 m/s no ar.

f' = f \cdot \frac{v_{\text{som}}}{v_{\text{som}} - v_{\text{fonte}}} = 700 \cdot \frac{340}{340 - 30} \approx 768 \text{ Hz}

O operador ouve cerca de 768 Hz, um som mais agudo que o emitido.

A onda do radar

A onda de rádio também sofre efeito Doppler, e aqui ele acontece duas vezes:

a ambulância vai em direção à onda que o radar emitiu, então recebe uma frequência maior que $f_0$ ;
depois ela reflete essa onda como se fosse uma fonte se aproximando do radar, e a frequência aumenta de novo.

Resultado: $f_r > f_0$ .

É assim que funciona o radar de velocidade. Ele compara $f_r$ com $f_0$ e, pela diferença, calcula a velocidade. Num radar de 24 GHz, um carro a 30 m/s gera uma diferença de uns 4 800 Hz, pequena perto de 24 bilhões, mas fácil de medir.

Som mais agudo e $f_r > f_0$ : alternativa D.

D Gabarito: alternativa D

Por que as outras alternativas estão erradas

A
Som mais grave e $f_r < f_0$ é o que acontece quando a ambulância se afasta. A pergunta é sobre a aproximação. (14,5% marcaram)
B
Acerta o som e erra o radar: mistura aproximação (agudo) com afastamento ( $f_r < f_0$ ). O efeito Doppler vale do mesmo jeito para as duas ondas. (24,8% marcaram)
C
A pegadinha clássica: achar que onda eletromagnética não sofre efeito Doppler. Sofre, e se não sofresse o radar de velocidade não funcionaria, porque ele mede justamente a diferença entre $f_r$ e $f_0$ . (15,3% marcaram)
E
Inverte o som: na aproximação a frequência percebida aumenta, e frequência maior é som agudo, não grave. (13,5% marcaram)

Raio-X da questão

Dados oficiais dos microdados do Inep: respostas de 3.002.203 candidatos que fizeram a prova.

Dificuldade pela TRIMédiaParâmetro B: 627 pontosFácil abaixo de 600, média de 600 a 700, difícil a partir de 700. É a 23ª mais difícil de 44 questões válidas desta prova. O parâmetro B, na escala de notas do Enem (500 + 100 · b), é a nota em que o candidato passa a ter mais chance de acertar a questão do que de errar, sem contar o chute.

Acertaram31,5%dos candidatos marcaram a D

Habilidade 7 · Competência 2Selecionar testes de controle, parâmetros ou critérios para a comparação de materiais e produtos, tendo em vista a defesa do consumidor, a saúde do trabalhador ou a qualidade de vida.

Como os candidatos responderam

A14,5%
B24,8%
C15,3%
D31,5% ✓ gabarito
E13,5%

Em branco: 0,2% · Mais de uma marcada: 0,1%

Quanto acertaram, por nota em Ciências da Natureza

abaixo de 50023%
500 a 60039,1%
600 a 70049,9%
700 ou mais71,9%

Quando o acerto sobe muito de uma faixa para a outra, a questão separa bem quem domina o conteúdo de quem não domina. Na TRI, isso é o parâmetro de discriminação.

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Efeito Doppler

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