Alguns modelos mais modernos de fones de ouvido contam com uma fonte de energia elétrica para poderem funcionar. Esses novos fones têm um recurso, denominado “Cancelador de Ruídos Ativo”, constituído de um circuito eletrônico que gera um sinal sonoro semelhante ao sinal externo de frequência fixa. No entanto, para que o cancelamento seja realizado, o sinal sonoro produzido pelo circuito precisa apresentar simultaneamente características específicas bem determinadas. Quais são as características do sinal gerado pelo circuito desse tipo de fone de ouvido?
A) Sinal com mesma amplitude, mesma frequência e diferença de fase igual a 90° em relação ao sinal externo.
B) Sinal com mesma amplitude, mesma frequência e diferença de fase igual a 180° em relação ao sinal externo.
C) Sinal com mesma amplitude, mesma frequência e diferença de fase igual a 45° em relação ao sinal externo.
D) Sinal de amplitude maior, mesma frequência e diferença de fase igual a 90° em relação ao sinal externo.
E) Sinal com mesma amplitude, mesma frequência e mesma fase do sinal externo.
Resolução em texto
📘 Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Física (Ondas – Interferência e Cancelamento de Ruído).
📔 Nível da Questão: Médio.
✅ Gabarito: B) Sinal com mesma amplitude, mesma frequência e diferença de fase igual a 180° em relação ao sinal externo.
🎯 Tema/Objetivo Geral: Entender como o cancelamento de ruído ativo ocorre a partir da interferência destrutiva de ondas sonoras.
🔷 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📌 Retomando o comando:
A questão quer saber quais características (amplitude, frequência e fase) o sinal gerado pelo circuito do fone de ouvido deve ter para cancelar o ruído externo.
📌 Explicação detalhada do que está sendo pedido:
Precisamos determinar como duas ondas (uma do ruído externo e outra criada pelo fone) se combinam para se anular. Para isso, é essencial lembrar das condições da interferência destrutiva.
📌 Palavras-chave destacadas:
- Cancelador de Ruídos Ativo
- Sinal gerado pelo circuito
- Amplitude, frequência, fase
📌 Objetivo claro:
Identificar as características que o sinal produzido pelo fone deve ter para anular o som externo.
📌 Dica Geral:
⚡ Em cancelamento ativo de ruído: para que duas ondas se anulem, elas devem ter mesma frequência, mesma amplitude e diferença de fase de 180° (ou seja, quando uma está no pico, a outra está no vale).
📣 Elemento de Esclarecimento:
Você entendeu isso?
➡️ Quando queremos cancelar um som, não basta ter o mesmo som. Tem que ser o oposto perfeito: mesmo ritmo (frequência), mesmo tamanho (amplitude), mas “invertido” (fase 180°).
🔷 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
📌 Conceitos principais:
- Interferência de ondas:
Quando duas ondas se encontram, elas se combinam, podendo se reforçar (interferência construtiva) ou se anular (interferência destrutiva). - Interferência destrutiva:
→ Ocorre quando duas ondas têm mesma amplitude e mesma frequência, mas estão em oposição de fase (180° de diferença).
→ Resultado: cancelamento do som. - Fase de uma onda:
→ Um deslocamento de fase de 180° significa que os picos de uma onda coincidem com os vales da outra. - Amplitude e frequência:
→ Devem ser iguais para que o cancelamento seja total.
🔷 Passo 3: Desenvolvimento do Raciocínio
📌 Construindo o raciocínio passo a passo:
- O fone detecta o ruído externo (por um microfone interno).
- Gera um sinal igual em forma (mesma frequência e amplitude).
- Esse novo sinal é gerado com fase oposta (180° de diferença).
- Quando as duas ondas se encontram no ouvido, elas se anulam:
Interferência destrutiva completa ➔ Silêncio ou grande redução do ruído!
📌 Resumo:
Para cancelar o ruído:
- Mesma frequência
- Mesma amplitude
- 180° de diferença de fase
🔷 Passo 4: Análise das Alternativas
📌 Analisando cada alternativa:
❌ A) Mesma amplitude, mesma frequência e 90° de fase:
- 90° de diferença gera uma interferência parcial, não anula completamente.
✅ B) Mesma amplitude, mesma frequência e 180° de fase:
- CORRETO! 180° de fase gera cancelamento perfeito.
❌ C) Mesma amplitude, mesma frequência e 45° de fase:
- Também geraria interferência parcial, não cancelamento total.
❌ D) Amplitude maior, mesma frequência e 90° de fase:
- Amplitude diferente não gera cancelamento. 90° também é fase errada.
❌ E) Mesma amplitude, mesma frequência e mesma fase:
- Mesma fase gera reforço (interferência construtiva), não anulação.
🔷 Passo 5: Conclusão e Justificativa Final
📌 Conclusão:
Para realizar o cancelamento ativo de ruídos, o fone deve gerar um sinal com a mesma amplitude, mesma frequência e 180° de diferença de fase em relação ao ruído externo.
✅ Alternativa correta: B) Sinal com mesma amplitude, mesma frequência e diferença de fase igual a 180° em relação ao sinal externo.
📌 🔍 Resumo Final:
O cancelamento ativo depende da interferência destrutiva: ondas de mesma amplitude e frequência, mas opostas em fase (180°), anulam-se perfeitamente.
🔷 Passo 6: Sugestão de Imagem Didática
Descrição da imagem sugerida:
- Representar duas ondas senoidais:
→ Uma azul (ruído externo) e outra vermelha (onda gerada pelo fone). - Ambas com mesma frequência e amplitude, mas deslocadas 180°.
- Mostrar a superposição das duas, resultando numa linha reta (cancelamento total).
