O morcego emite pulsos de curta duração de ondas ultrassônicas, os quais voltam na forma de ecos após atingirem objetos no ambiente, trazendo informações a respeito das suas dimensões, suas localizações e dos seus possíveis movimentos. Isso se dá em razão da sensibilidade do morcego em detectar o tempo gasto para os ecos voltarem, bem como das pequenas variações nas frequências e nas intensidades dos pulsos ultrassônicos. Essas características lhe permitem caçar pequenas presas mesmo quando estão em movimento em relação a si. Considere uma situação unidimensional em que uma mariposa se afasta, em movimento retilíneo e uniforme, de um morcego em repouso.
A distância e velocidade da mariposa, na situação descrita, seriam detectadas pelo sistema de um morcego por quais alterações nas características dos pulsos ultrassônicos?
Esta questão avalia o entendimento do efeito Doppler e das propriedades de propagação de ondas sonoras (intensidade, tempo de percurso e frequência) aplicadas à ecolocalização de morcegos.
Como a mariposa se afasta do morcego em repouso, analisa-se cada grandeza separadamente:
Intensidade do eco: A intensidade de uma onda sonora decresce com a distância da fonte. Como a mariposa se afasta, cada eco retorna de uma distância maior, portanto a intensidade percebida diminui.
Tempo de retorno: A mariposa se afasta progressivamente, de modo que cada pulso emitido precisa percorrer uma distância maior para alcançá-la e retornar ao morcego. Logo, o tempo de retorno aumenta a cada pulso, o que permite ao morcego inferir a distância.
Frequência percebida (efeito Doppler): O eco pode ser modelado em duas etapas. Primeiro, o morcego (fonte estacionária) emite com frequência f_0 e a mariposa (observador que se afasta) recebe f_1 = f_0 \dfrac{v - v_m}{v}. Em seguida, a mariposa reflete agindo como fonte que se afasta, e o morcego (observador estacionário) recebe:
f_{eco} = f_0 \cdot \frac{v - v_m}{v + v_m}
Como v_m > 0, tem-se f_{eco} < f_0: a frequência percebida diminui. Essa queda na frequência do eco é justamente o que sinaliza ao morcego que a presa está em fuga.
A alternativa correta reúne as três características: intensidade diminuída, tempo de retorno aumentado e frequência percebida diminuída. As demais alternativas erram ao atribuir aumento de intensidade (confundindo aproximação com afastamento) ou aumento de frequência (invertendo o sinal do efeito Doppler para fonte/observador em fuga).
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