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.

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
c \approx 3\times 10^{8}\\ \text{m/s}.
Aqui c 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 ( 20^\circ\text{C}) é
v_{\text{ar}}\approx 343\\ \text{m/s}.
Aqui v_{\text{ar}} é a velocidade do som no ar.
Também existe uma fórmula aproximada que relaciona a velocidade do som na atmosfera com a temperatura:
v_{\text{ar}}\approx 331 + 0{,}6\,T
onde T é a temperatura em ^\circ\text{C}. Essa fórmula só reforça que v_{\text{ar}} é da ordem de centenas de metros por segundo, bem menor que c.

Passo 5

Comparação numérica direta: calculemos a razão entre as velocidades para ter noção do quão diferentes elas são:
\frac{c}{v_{\text{ar}}}\approx \frac{3\times 10^{8}}{343}\approx 8{,}75\times 10^{5}.
Isto significa que a luz é cerca de 8{,}75\cdot 10^{5} 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 d=50\\ \text{m} de distância. O tempo que a luz leva para percorrer essa distância é
t_{\text{luz}}=\frac{d}{c}=\frac{50}{3\times 10^{8}}\\ \text{s}\approx 1{,}67\times 10^{-7}\\ \text{s},
praticamente zero para percepção humana. O tempo que o som leva é
t_{\text{som}}=\frac{d}{v_{\text{ar}}}=\frac{50}{343}\\ \text{s}\approx 0{,}146\\ \text{s},
ou seja, cerca de 0{,}15 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 v_{\text{ar}}\ll c.
  • 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 t=d/v (onde t é o tempo de viagem, d a distância e v a velocidade do sinal). Isso resolve rapidamente problemas parecidos.

Resposta

C

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