Ciências da Natureza e suas Tecnologias
medium

Questão de Ciências da Natureza e suas Tecnologias #019e5bea

Enunciado da Questão
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
#Ondulatória
Médio

O petróleo é uma matéria-prima muito valiosa e métodos geofísicos são úteis na sua prospecção. É possível identificar a composição de materiais estratificados medindo-se a velocidade de propagação do som (onda mecânica) através deles. Considere que uma camada de 450 m de um líquido se encontra presa no subsolo entre duas camadas rochosas, conforme o esquema. Um pulso acústico (que gera uma vibração mecânica) é emitido a partir da superfície do solo, onde são posteriormente recebidas duas vibrações refletidas (ecos). A primeira corresponde à reflexão do pulso na interface superior do líquido com a camada rochosa. A segunda vibração deve-se à reflexão do pulso na interface inferior. O tempo entre a emissão do pulso e a chegada do primeiro eco é de 0,5 s. O segundo eco chega 1,1 s após a emissão do pulso.

Esquema mostrando três camadas horizontais: a superior representa o solo, a intermediária é uma camada líquida de $450\text{ m}$ de espessura, e a inferior é outra camada rochosa. Setas indicam a emissão de um pulso acústico da superfície e os ecos refletidos nas interfaces superior e inferior da camada líquida.

A velocidade do som na camada líquida, em metro por segundo, é

A

B

C

D

Correta
E

Explicação Oficial / Explicações da Comunidade

A velocidade do som na camada líquida é calculada usando a relação entre distância percorrida e tempo. O primeiro eco corresponde à reflexão na interface superior do líquido, a de profundidade? Na verdade, o pulso percorre até a interface superior e mais de volta, totalizando em . Isso daria velocidade de , mas essa não é a velocidade no líquido, pois a primeira reflexão ocorre na interface superior, antes de entrar no líquido. O enunciado diz que a primeira reflexão é na interface superior do líquido com a camada rochosa. Isso significa que o pulso percorre a camada rochosa até o topo do líquido. A espessura da camada rochosa não é fornecida, então a velocidade na rocha não pode ser calculada. No entanto, o segundo eco é devido à reflexão na interface inferior do líquido. O tempo entre emissão e segundo eco é . Esse tempo inclui a ida e volta na rocha até o topo do líquido (que é o mesmo percurso do primeiro eco) mais a ida e volta dentro do líquido (). Portanto, o tempo gasto apenas no líquido é a diferença entre os tempos dos dois ecos: . Esse tempo corresponde ao percurso de ida e volta de no líquido. Assim, a velocidade no líquido é . Portanto, a resposta correta é . As demais alternativas estão incorretas: e são muito baixas para a velocidade do som em líquidos; é um valor intermediário que não corresponde ao cálculo; seria a velocidade se o tempo de correspondesse ao percurso de , mas esse tempo é para a rocha, não para o líquido.