Questões de Concurso

Um professor de Física demonstra o fenômeno de ressonância usando um conjunto de pêndulos simples de diferentes comprimentos suspensos em uma barra horizontal flexível. Este fenômeno é discutido, então, no contexto de situações cotidianas e históricas por meio dos exemplos a seguir.

I. Em 1831, uma ponte suspensa sobre o rio Broughton (Inglaterra) colapsou quando soldados marchavam em formação regular sobre ela, pois a frequência de suas passadas coincidia com a frequência natural de vibração da ponte.

II. Taças de cristal podem quebrar quando expostas a sons de frequência e intensidade apropriadas, mesmo que o som não seja extremamente alto, pois a frequência do som coincide com uma frequência natural de vibração da taça.

III. Ao empurrar uma criança em um balanço, consegue-se amplitudes muito maiores aplicando empurrões pequenos na frequência natural do balanço, comparado a empurrões grandes em frequências aleatórias.

IV. Instrumentos de cordas como violões produzem som audível porque as vibrações das cordas fazem o corpo do instrumento ressonar, amplificando significativamente o som.

Sobre estes casos, é possível concluir que:

(a)

Os quatro exemplos apresentados podem ser interpretados como manifestações de ressonância, pois envolvem sistemas oscilatórios fracamente amortecidos que, quando submetidos a excitações periódicas próximas de suas frequências naturais, apresentam acúmulo progressivo de energia.

(b)

Apenas os exemplos III e IV configuram ressonância no sentido físico rigoroso, uma vez que nos casos I e II os efeitos observados decorrem predominantemente de instabilidades estruturais e de pressões acústicas médias elevadas, não sendo necessário assumir coincidência entre frequência de excitação e frequência natural do sistema.

(c)

Embora os exemplos II e IV envolvam sistemas com frequências naturais bem definidas, somente o exemplo III representa ressonância propriamente dita, pois nos demais a amplificação observada resulta de acoplamentos dissipativos que limitam o crescimento da amplitude, impedindo caracterização como resposta ressonante.

(d)

O fenômeno observado nos pêndulos e nos exemplos I e III depende essencialmente da aplicação contínua de trabalho mecânico com grande intensidade, sendo a correspondência entre frequências um fator secundário, enquanto nos exemplos II e IV a amplificação sonora independe de condições ressonantes estritas.

(e)

Os exemplos I, II e IV descrevem processos de amplificação por transferência direta de energia, mas apenas o exemplo III pode ser classificado como ressonância, pois é o único em que a fase entre força aplicada e movimento permanece aproximadamente constante ao longo do tempo.