Um sistema oscila harmonicamente sob o efeito de um agente externo que exerce uma força senoidal de amplitude constante e com frequência omega variável. Ao se aproximar a frequência omega de um determinado valor, obtém-se a máxima amplitude das oscilações. Nestas condições, podemos então afirmar que:
a) A frequência omega do agente externo é muito maior do que a da frequência natural (das oscilações livres) do sistema.
b) O agente externo diminui o atrito e assim a amplitude das oscilações é máxima;
c) A força externa equilibra a força de atrito, produzindo assim oscilações de máxima amplitude;
d) A frequência omega do agente externo é muito menor do que a da frequência natural (das oscilações livres) do sistema;
e) A frequência omega do agente externo aproximou-se bastante da frequência natural (das oscilações livres) do sistema.

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada nesse exercício juntos! A questão fala sobre um sistema que oscila de forma harmônica quando uma força externa com amplitude constante e frequência variável atua sobre ele. Quando a frequência dessa força externa se aproxima de um certo valor, a amplitude das oscilações atinge seu máximo. Nosso objetivo é entender qual das alternativas (a, b, c, d ou e) está correta com base nisso. Para resolver, vamos precisar entender um pouco sobre oscilações forçadas e ressonância.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que são oscilações forçadas. Imagine que você está empurrando um balanço: cada empurrão corresponde a uma força externa que tenta manter o balanço em movimento. A frequência com que você empurra (ou seja, a cadência dos empurrões) é a frequência do agente externo.

Passo 3

Agora, temos o conceito de frequência natural do sistema. É a frequência na qual o sistema oscilaria se não houvesse nenhuma força externa. No caso do balanço, seria a frequência com que ele oscila sozinho sem ninguém empurrando.

Passo 4

Quando a frequência do agente externo ( omega) se aproxima da frequência natural do sistema, ocorre algo especial chamado ressonância. Na ressonância, a energia transferida pela força externa é muito eficiente, fazendo com que a amplitude das oscilações aumente significativamente.

Passo 5

Vamos analisar as alternativas com base nisso:
  • a) Diz que a frequência externa é muito maior que a natural. Isso não explica o aumento da amplitude.
  • b) Fala sobre diminuição do atrito. Embora o atrito influencie a amplitude, o aumento ocorre mesmo com atrito presente.
  • c) Menciona equilíbrio entre força externa e atrito, o que não aborda diretamente o aumento de amplitude pela ressonância.
  • d) Afirma que a frequência externa é muito menor que a natural, o que também não causa o aumento máximo da amplitude.
  • e) Diz que a frequência externa se aproximou bastante da natural, o que está diretamente ligado à ressonância e ao aumento da amplitude.

Resposta

A alternativa correta é e) A frequência omega do agente externo aproximou-se bastante da frequência natural (das oscilações livres) do sistema.

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