Durante um show noturno, o público observa que os clarões das luzes do palco são percebidos instantaneamente, enquanto o som chega com atraso.
A) O som se propaga mais rápido que a luz no ar.
B) A luz é uma onda mecânica e precisa de meio material.
C) O som se propaga no ar com velocidade muito menor que a da luz no vácuo.
D) O som e a luz possuem a mesma natureza ondulatória e velocidade.
E) O som se reflete nas partículas de poeira do ar.
A) O som se propaga mais rápido que a luz no ar.
B) A luz é uma onda mecânica e precisa de meio material.
C) O som se propaga no ar com velocidade muito menor que a da luz no vácuo.
D) O som e a luz possuem a mesma natureza ondulatória e velocidade.
E) O som se reflete nas partículas de poeira do ar.
Passo 1
O enunciado descreve a seguinte situação: durante um show noturno o público vê clarões das luzes do palco instantaneamente, enquanto ouve o som com atraso. O enunciado apresenta cinco alternativas (A, B, C, D, E) e pede que escolhamos a correta. Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
- Observação: clarões (luz) percebidos praticamente instantaneamente.
- Observação: som percebido com atraso em relação à luz.
- Temos as alternativas:
A) O som se propaga mais rápido que a luz no ar.
B) A luz é uma onda mecânica e precisa de meio material.
C) O som se propaga no ar com velocidade muito menor que a da luz no vácuo.
D) O som e a luz possuem a mesma natureza ondulatória e velocidade.
E) O som se reflete nas partículas de poeira do ar.
Nada mais é pedido além de escolher a alternativa correta com base nessas observações.
Passo 2
Vamos entender o que significa a diferença de tempo entre ver a luz e ouvir o som. Quando um evento (por exemplo, um clarão e um estouro) ocorre ao mesmo tempo na fonte, a diferença de tempo com que percebemos cada sinal depende das velocidades de propagação da luz e do som no meio entre a fonte e o observador. Se vemos algo antes de ouvir, isso indica que a luz percorre a mesma distância muito mais rápido que o som.
Passo 3
O que é a luz em termos de propagação: a luz é uma onda eletromagnética. Isso quer dizer que ela é composta de campos elétrico e magnético oscilantes que se propagam mesmo no vácuo; não precisa de ar ou de outro “meio material” para existir. A velocidade da luz no vácuo é aproximadamente
Aqui
é a velocidade da luz no vácuo (módulo da velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no vácuo).
Passo 4
O que é o som em termos de propagação: o som é uma onda mecânica longitudinal, ou seja, constitui variações de pressão que precisam de um meio material (ar, água, metal, etc.) para se propagar. No ar, a velocidade do som depende da temperatura; uma boa aproximação à temperatura ambiente (
) é
Aqui
é a velocidade do som no ar.
Também existe uma fórmula aproximada que relaciona a velocidade do som na atmosfera com a temperatura:
onde
é a temperatura em
. Essa fórmula só reforça que
é da ordem de centenas de metros por segundo, bem menor que
.
Passo 5
Comparação numérica direta: calculemos a razão entre as velocidades para ter noção do quão diferentes elas são:
Isto significa que a luz é cerca de
vezes mais rápida que o som no ar — ou seja, milhares de vezes mais rápida (praticamente um milhão de vezes mais rápida).
Passo 6
Exemplo prático para fixar a ideia: suponha que a fonte está a
de distância. O tempo que a luz leva para percorrer essa distância é
praticamente zero para percepção humana. O tempo que o som leva é
ou seja, cerca de
segundo de atraso — tempo perceptível. Isso explica por que vemos o clarão quase instantaneamente e só ouvimos o som depois.
Passo 7
Agora avaliamos as alternativas à luz do que vimos:
- A) “O som se propaga mais rápido que a luz no ar.” — falso, pois
. - B) “A luz é uma onda mecânica e precisa de meio material.” — falso, a luz é eletromagnética e não precisa de meio; historicamente falava-se de éter, mas experimentos (por exemplo, Michelson–Morley) mostraram que não existe esse meio.
- C) “O som se propaga no ar com velocidade muito menor que a da luz no vácuo.” — verdadeiro, corresponde exatamente à comparação numérica e ao exemplo prático.
- D) “O som e a luz possuem a mesma natureza ondulatória e velocidade.” — falso: têm natureza diferente (mecânica vs eletromagnética) e velocidades muito diferentes.
- E) “O som se reflete nas partículas de poeira do ar.” — em geral o som pode ser refletido por superfícies, e o ar com poeira não é o principal mecanismo que causaria o atraso observado; o atraso é explicado pela diferença de velocidade, não por reflexão em poeira — então a alternativa está incorreta como explicação principal.
Passo 8
Conclusão didática e motivação: a observação prática do show é uma excelente maneira de lembrar a diferença de natureza entre som e luz e a enorme diferença de velocidades. Se você for à prova, pense: se dois sinais são emitidos ao mesmo tempo e chegam em instantes diferentes, compare sempre as velocidades e calcule tempos com
(onde
é o tempo de viagem,
a distância e
a velocidade do sinal). Isso resolve rapidamente problemas parecidos.
Resposta
C