Questão 85 caderno azul ENEM 2010 PPL

Ao contrário dos rádios comuns (AM ou FM), em que uma única antena transmissora é capaz de alcançar toda a cidade, os celulares necessitam de várias antenas para cobrir um vasto território. No caso dos rádios FM, a frequência de transmissão está na faixa dos MHz (ondas de rádio), enquanto, para os celulares, a frequência está na casa dos GHz (micro-ondas). Quando comparado aos rádios comuns, o alcance de um celular é muito menor.

Considerando-se as informações do texto, o fator que possibilita essa diferença entre propagação das ondas de rádio e as de micro-ondas é que as ondas de rádio são

A) facilmente absorvidas na camada da atmosfera superior conhecida como ionosfera.

B) capazes de contornar uma diversidade de obstáculos como árvores, edifícios e pequenas elevações.

C) mais refratadas pela atmosfera terrestre, que apresenta maior índice de refração para as ondas de rádio.

D) menos atenuadas por interferência, pois o número de aparelhos que utilizam ondas de rádio é menor.

E) constituídas por pequenos comprimentos de onda que lhes conferem um alto poder de penetração em materiais de baixa densidade.

Matérias Necessárias para a Solução da Questão

• Ondulatória
• Equação Fundamental da Ondulatória
• Fenômenos Ondulatórios (principalmente a Difração)

Tema/Objetivo Geral:
Comparar a propagação de diferentes tipos de ondas eletromagnéticas (rádio e micro-ondas) e explicar a diferença de alcance com base em suas propriedades físicas, especificamente o comprimento de onda e o fenômeno da difração.

Nível da Questão
Médio – A questão é considerada de nível médio pois não se trata de uma simples aplicação de fórmula. Exige que o aluno conecte a informação sobre a frequência das ondas com a propriedade do comprimento de onda (através da Equação Fundamental da Ondulatória) e, em seguida, relacione o comprimento de onda ao fenômeno da difração para explicar uma observação do cotidiano (o alcance do sinal).

Gabarito
Alternativa B. Esta alternativa está correta porque as ondas de rádio, por possuírem um grande comprimento de onda, são capazes de difratar (contornar) obstáculos como edifícios e elevações, o que lhes confere um maior alcance em comparação com as micro-ondas dos celulares.

🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo

1.1 Transcrição Essencial
“Considerando-se as informações do texto, o fator que possibilita essa diferença entre propagação das ondas de rádio e as de micro-ondas é que as ondas de rádio são…”

1.2 O que está sendo pedido?
O exercício quer saber qual é a característica física das ondas de rádio que explica por que elas conseguem cobrir uma área maior e são menos bloqueadas por obstáculos do que as micro-ondas usadas pelos celulares.

1.3 Objetivo Cristalino
Nossa meta é usar a relação entre frequência e comprimento de onda para identificar qual fenômeno ondulatório é mais acentuado nas ondas de rádio e justifica seu maior alcance.

1.4 Pergunta de Atenção
Você já se perguntou por que consegue ouvir rádio FM dentro de um túnel ou atrás de um morro, mas o sinal 4G/5G do seu celular muitas vezes desaparece nesses mesmos locais? A física por trás dessa diferença é a chave para a questão!

📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários

2.1 Definições e Fórmulas / explicação de termos
Para resolver este problema, precisamos dominar dois conceitos fundamentais da ondulatória:

• Equação Fundamental da Ondulatória: Esta equação relaciona a velocidade, o comprimento de onda e a frequência de qualquer onda. A fórmula é:
  v = λ * f
  Onde:
  • v é a velocidade de propagação da onda. Para ondas eletromagnéticas no ar ou vácuo, essa velocidade é aproximadamente a velocidade da luz (c), que é constante.
  • λ (lambda) é o comprimento de onda, ou seja, a distância entre dois picos consecutivos da onda.
  • f é a frequência, o número de oscilações da onda por segundo.
  • Como a velocidade (v) é constante, podemos ver que a frequência (f) e o comprimento de onda (λ) são inversamente proporcionais. Isso significa que:
    • Ondas de alta frequência têm comprimento de onda curto.
    • Ondas de baixa frequência têm comprimento de onda longo.

• Difração: Este é o fenômeno chave! É a capacidade que uma onda tem de contornar obstáculos ou se espalhar ao passar por uma fenda.
  • Regra da Difração: A difração é mais significativa (a onda contorna melhor o obstáculo) quando o comprimento de onda (λ) é da mesma ordem de grandeza ou maior que o tamanho do obstáculo.
  • Exemplo do Cotidiano: O som. Você consegue ouvir uma pessoa que está em outro cômodo, mesmo sem vê-la. Isso acontece porque o som tem um comprimento de onda longo (da ordem de metros), permitindo que ele difrate facilmente em torno de paredes e portas.

📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema

3.1 Contextualização Simplificada
Pense nas ondas de rádio e nas ondas de celular como dois tipos de atletas tentando passar por uma cidade cheia de prédios. As ondas de rádio são como um “contorcionista” (têm comprimento de onda longo), capazes de se dobrar e desviar facilmente dos prédios para chegar longe. As ondas de celular são como um “corredor velocista” (têm comprimento de onda curto), que corre muito rápido em linha reta, mas bate de frente com os prédios e é facilmente bloqueado. A questão quer saber qual é o nome científico dessa habilidade de “contorcionismo” das ondas de rádio.

3.2 Estratégia Geral
Nosso plano será:

1. Comparar as frequências das ondas de rádio (MHz) e de celular (GHz) dadas no texto.
2. Usar a relação inversa entre frequência e comprimento de onda para determinar qual delas tem o comprimento de onda maior.
3. Aplicar o princípio da difração para concluir qual onda é mais capaz de contornar obstáculos como prédios e árvores.
4. Verificar qual alternativa descreve esse fenômeno.

🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos

4.1 Passo a Passo Detalhado

1. Comparando as Frequências:
   • Frequência do rádio FM: na faixa de MHz (Mega-hertz, ou 10⁶ Hz). Ex: 100 MHz = 100.000.000 Hz.
   • Frequência do celular: na faixa de GHz (Giga-hertz, ou 10⁹ Hz). Ex: 2 GHz = 2.000.000.000 Hz.
   • Claramente, a frequência do celular é muito maior que a do rádio (f_celular >> f_rádio).
2. Determinando o Comprimento de Onda:
   • Usando a relação λ = v / f, como v é constante (velocidade da luz), quanto maior a frequência (f), menor o comprimento de onda (λ).
   • Portanto, as ondas de rádio têm um comprimento de onda muito maior que as micro-ondas dos celulares.
   • (Cálculo opcional para ilustrar: λ_rádio (100 MHz) ≈ 3 metros; λ_celular (2 GHz) ≈ 15 centímetros).
3. Aplicando a Difração:
   • Os obstáculos mencionados são “árvores, edifícios e pequenas elevações”. Estes são objetos grandes, com dimensões na ordem de metros.
   • O comprimento de onda do rádio (metros) é da mesma ordem de grandeza que esses obstáculos.
   • O comprimento de onda do celular (centímetros) é muito menor que esses obstáculos.
   • Conclusão: De acordo com a regra da difração, as ondas de rádio são muito mais capazes de contornar esses obstáculos do que as ondas de celular.

4.3 Possível armadilha
A principal armadilha é a alternativa E. Um aluno desatento pode pensar que rádio é uma tecnologia “mais simples” e associá-la a “pequenos comprimentos de onda”, quando na verdade é o oposto. Outra armadilha é confundir os fenômenos ondulatórios, como achar que a refração (alternativa C) é a principal responsável por contornar prédios, o que não é o caso.

4.4 Fechamento e expectativa
Nosso raciocínio concluiu que o maior alcance das ondas de rádio se deve ao seu grande comprimento de onda, que lhes permite difratar (contornar) obstáculos com eficiência. Esperamos encontrar uma alternativa que descreva essa capacidade.

✅ Passo 5: Análise das Alternativas

5.1 Listagem das Alternativas
A) facilmente absorvidas na camada da atmosfera superior conhecida como ionosfera.
B) capazes de contornar uma diversidade de obstáculos como árvores, edifícios e pequenas elevações.
C) mais refratadas pela atmosfera terrestre, que apresenta maior índice de refração para as ondas de rádio.
D) menos atenuadas por interferência, pois o número de aparelhos que utilizam ondas de rádio é menor.
E) constituídas por pequenos comprimentos de onda que lhes conferem um alto poder de penetração em materiais de baixa densidade.

5.2 Justificativa Individual

• 🔴 A) facilmente absorvidas na camada da atmosfera superior conhecida como ionosfera.
  Errada. A reflexão na ionosfera é uma característica importante para a propagação de ondas de rádio AM (de frequência mais baixa ainda), permitindo a comunicação a longas distâncias, mas não é o fator principal para o alcance local das rádios FM em uma cidade, que depende mais da difração.
• 🟢 B) capazes de contornar uma diversidade de obstáculos como árvores, edifícios e pequenas elevações.
  Correta. Esta é a descrição popular do fenômeno da difração. Como as ondas de rádio têm um grande comprimento de onda, elas difratam eficazmente em torno de obstáculos urbanos e naturais, garantindo um melhor alcance.
• 🔴 C) mais refratadas pela atmosfera terrestre, que apresenta maior índice de refração para as ondas de rádio.
  Errada. Refração é o desvio da onda ao mudar de meio. Embora ocorra na atmosfera, não é o fenômeno que explica por que o sinal de rádio contorna um prédio enquanto o de celular é bloqueado por ele.
• 🔴 D) menos atenuadas por interferência, pois o número de aparelhos que utilizam ondas de rádio é menor.
  Errada. A questão da interferência é complexa, mas não é a principal razão física para a diferença de propagação. Além disso, a premissa de que há menos aparelhos de rádio pode ser discutível.
• 🔴 E) constituídas por pequenos comprimentos de onda que lhes conferem um alto poder de penetração em materiais de baixa densidade.
  Errada. Esta alternativa está duplamente errada. Primeiro, as ondas de rádio têm grandes comprimentos de onda. Segundo, um maior poder de penetração está associado a ondas de altíssima frequência (como raios X), não a ondas de rádio.

🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final

6.1 Resumo do Raciocínio
A diferença de alcance entre rádios comuns e celulares é explicada pela física das ondas. As ondas de rádio FM têm baixa frequência, o que resulta em um grande comprimento de onda. Esse grande comprimento de onda permite que elas sofram difração acentuada, contornando obstáculos físicos como prédios e morros, garantindo uma cobertura mais ampla.

6.2 Gabarito Reafirmado
A alternativa correta é a B.

6.3 Resumo Final para Revisão 🔍
Uma regra prática para ondas e obstáculos: Onda longa contorna, onda curta é barrada. A capacidade de contornar é chamada de difração.