(0,3 ponto) Um famoso truque de mágica envolve um artista cantando uma nota em direção a um copo de cristal até que o copo se quebre. Qual fenômeno físico explica o ocorrido? Explique como esse fenômeno ocorre.
"Todas as verdades são fáceis de entender uma vez que são descobertas; o objetivo é descobri-las. "
"Todas as verdades são fáceis de entender uma vez que são descobertas; o objetivo é descobri-las. "
Passo 1
O enunciado pergunta qual fenômeno físico permite que um copo de cristal se quebre quando o artista canta uma nota em sua direção. O conteúdo envolvido é o estudo de oscilações forçadas e ressonância em sistemas mecânicos. Para resolver, vamos precisar entender que todo objeto elástico (como o copo) tem uma frequência natural de vibração e que, se for excitado à essa mesma frequência, sua amplitude de vibração cresce muito.
Passo 2
O fenômeno responsável é a ressonância. Em termos gerais, ressonância ocorre quando uma força periódica (a onda sonora da voz) é empurrada exatamente na frequência natural de um sistema vibratório (o copo de cristal).
Passo 3
O copo de cristal tem uma frequência natural
determinada pela sua geometria, espessura e material. Quando o cantor emite uma nota cujo espectro sonoro contém essa mesma frequência
, as ondas sonoras aplicam forças periódicas sincronizadas com as vibrações naturais do copo.
Passo 4
Em cada ciclo de pressão sonora, a vibração do copo é reforçada (“empurrada no momento certo”), fazendo a amplitude das oscilações crescer a cada batimento. Se a qualidade mecânica do copo (fator de qualidade
) for alta, esse crescimento de amplitude é marcante. Quando a amplitude chega a gerar tensões internas maiores que a resistência do cristal, o copo se rompe.
Resposta
O copo se quebra por ressonância: a voz do artista excita o copo justamente em sua frequência natural, amplificando progressivamente as vibrações até o material não suportar mais a tensão e fraturar.