Questão 49 — ENEM 2016Caderno azul · 1º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Ondulatória (Efeito Doppler sonoro)
• ⚡ Nível: Médio — a questão não pede cálculo numérico, mas exige raciocínio físico-geométrico apurado para interpretar corretamente um gráfico qualitativo.
• 🎯 Tema/Habilidade: Efeito Doppler e leitura crítica de gráficos de fenômenos ondulatórios (Competência de Área 6 da matriz do ENEM — compreender fenômenos naturais envolvendo ondas).
• 🏆 Gabarito: D — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Entre cinco esboços de gráfico frequência × tempo, qual descreve corretamente como a frequência do som da sirene, percebida por um observador parado, se comporta enquanto a ambulância se aproxima, passa por ele e se afasta?"
• Palavras-chave decisivas: aproxima-se, movimento retilíneo e uniforme, antes e depois da passagem
• Armadilha típica: imaginar que a frequência percebida muda de forma instantânea (em "degrau") exatamente no instante em que a ambulância passa pelo observador, ou supor que, depois de passar, a frequência volta ao valor original fA — como fazem os gráficos que mostram um único "pico" simétrico.
• O que a resposta precisa demonstrar: entendimento de que fO > fA durante a aproximação, fO < fA durante o afastamento, e que a passagem de um regime para o outro é contínua e suave, e não abrupta, porque o observador não está exatamente sobre a trajetória da ambulância.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Efeito Doppler: alteração aparente na frequência de uma onda (som, luz, etc.) percebida por um observador quando há movimento relativo entre a fonte emissora e o observador.
• Fonte se aproximando de observador em repouso: fO = fA · v/(v − vA), com v a velocidade do som no ar e vA a componente da velocidade da fonte na direção do observador. Como o denominador é menor que v, resulta fO > fA (som mais agudo).
• Fonte se afastando de observador em repouso: fO = fA · v/(v + vA). Aqui o denominador é maior que v, logo fO < fA (som mais grave).
• Componente radial da velocidade: o efeito Doppler depende apenas da componente da velocidade da fonte ao longo da linha que une fonte e observador (a chamada velocidade radial). Se a fonte se move em linha reta mas o observador está deslocado lateralmente dessa reta, essa componente varia continuamente ao longo do trajeto — ela não "salta" de um valor máximo positivo para um valor máximo negativo.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "ambulância A em movimento retilíneo e uniforme aproxima-se de um observador O, em repouso" → confirma o cenário clássico do efeito Doppler com fonte sonora em MRU e observador parado, sem nenhuma menção a movimento periódico ou oscilatório da fonte.
• Evidência 2 (figura das frentes de onda circulares): o ponto O que representa o observador está desenhado fora do conjunto de circunferências concêntricas emitidas pela ambulância, deslocado lateralmente em relação ao centro — ou seja, O não está sobre a reta da trajetória de A. Isso significa que a distância entre ambulância e observador nunca chega a zero: existe um ponto de maior aproximação, no qual a trajetória da ambulância fica perpendicular à linha que a liga a O.
• Síntese: como O está fora da trajetória, a componente radial da velocidade da ambulância (a única que gera efeito Doppler) varia de forma gradual: é máxima e positiva quando a ambulância está longe se aproximando, some por completo (vale zero) no instante exato de maior proximidade, e volta a crescer em módulo, porém negativa, conforme a ambulância se afasta. Essa variação contínua da componente radial é o que desenha a curva suave em "S" observada no gráfico correto — e não um degrau instantâneo.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Fase de aproximação (antes da passagem)

Enquanto a ambulância ainda está distante e se aproximando, o ângulo θ entre o vetor velocidade da ambulância e a linha que a liga ao observador é pequeno, de modo que a componente radial vA·cos θ é praticamente igual à velocidade total vA. Nessa fase, fO = fA · v/(v − vA cos θ) assume um valor constante e acima de fA, formando um patamar alto no início do gráfico. À medida que a ambulância se aproxima do ponto de maior proximidade, θ cresce em direção a 90°, cos θ diminui e, portanto, fO começa a cair suavemente — ainda acima de fA, mas em queda.

Subpasso 4.2 — Instante de maior aproximação

No instante em que a ambulância está exatamente no ponto mais próximo do observador, sua velocidade é perpendicular à linha que a liga a O (θ = 90°). Nesse instante, a componente radial da velocidade é nula (vA·cos 90° = 0), logo não há efeito Doppler algum: fO = fA. É exatamente aqui que a curva do gráfico correto cruza a linha tracejada de fA.

Subpasso 4.3 — Fase de afastamento (depois da passagem) e verificação

Após ultrapassar o ponto de maior proximidade, o ângulo continua aumentando (θ > 90°), a componente radial passa a ser negativa (a fonte se afasta) e cresce em módulo até se estabilizar quando a ambulância já está bem distante, indo em linha reta praticamente na direção oposta à do observador. Nessa fase, fO = fA · v/(v + vA cos(180° − θ)) tende a um patamar constante abaixo de fA. O resultado completo é uma curva que começa em um platô acima de fA, desce suavemente em forma de "S" cruzando fA exatamente no ponto de maior aproximação, e termina em um platô abaixo de fA — exatamente o comportamento descrito no gráfico D.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) Curva oscilante, subindo e descendo repetidamente ao redor de fA

❌ Incorreta: representaria uma fonte em movimento periódico (vibrando, girando ou oscilando em relação ao observador), gerando múltiplos ciclos de aumento e queda de frequência. A ambulância descrita realiza um único evento de aproximação-e-afastamento em MRU, então fO(t) só pode ter uma única transição, não vários ciclos.

B) Curva com um único pico que sobe acima de fA e retorna ao mesmo valor fA

❌ Incorreta: sugere que, depois de passar pelo observador, a frequência percebida volta a ser igual à frequência de aproximação inicial fA como se a ambulância tivesse voltado a ficar parada ou a se manter à mesma distância. Fisicamente, após a passagem a fonte está se afastando, então a frequência final deve ser menor que fA (som mais grave), nunca igual ao valor de referência.

C) Curva em "S" crescente, começando abaixo de fA e terminando acima

❌ Incorreta: inverte a ordem cronológica do fenômeno. Como a ambulância primeiro se aproxima (o que eleva a frequência acima de fA) e só depois se afasta (o que reduz a frequência abaixo de fA), o gráfico correto deve começar acima de fA e terminar abaixo, e não o contrário.

D) Curva em "S" decrescente, começando em um patamar acima de fA e terminando em um patamar abaixo, cruzando fA suavemente no ponto de maior aproximação

✅ Correta: reproduz exatamente a física do problema — frequência elevada durante a aproximação, transição contínua (não abrupta, pois o observador está fora da trajetória) passando por fA no instante de menor distância, e frequência reduzida durante o afastamento.

E) Reta horizontal constante em fA

❌ Incorreta: equivale a afirmar que não existe efeito Doppler algum, o que contradiz diretamente a premissa do enunciado de que há movimento relativo entre fonte sonora e observador. Uma frequência constante só ocorreria se a fonte estivesse parada ou se movendo sempre à mesma distância radial do observador (movimento circular centrado nele), o que não é o caso.

🏆 Gabarito: D — é o único gráfico que representa corretamente a transição suave e contínua de uma frequência acima de fA (aproximação) para uma frequência abaixo de fA (afastamento), cruzando o valor de referência exatamente no ponto de maior proximidade entre ambulância e observador.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: a letra D é a única alternativa compatível com a física do efeito Doppler para uma fonte que se aproxima, passa ao lado do observador (fora de sua trajetória) e se afasta: frequência alta → transição suave → frequência baixa, sem descontinuidades.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma cobrar o efeito Doppler de forma conceitual e gráfica, não algébrica — a banca quer verificar se o estudante entende a direção da variação de frequência (aumenta na aproximação, diminui no afastamento) e a forma da transição, mais do que exigir contas com as fórmulas de fO.
• Generalização: sempre que a fonte sonora estiver sobre uma trajetória que não passa exatamente pelo observador, a transição de frequência será gradual (tipo S); apenas no caso idealizado em que a fonte se move exatamente na direção do observador é que a transição seria abrupta no instante do encontro (situação fisicamente impossível para um observador real, pois a fonte colidiria com ele).
• Dica de eliminação rápida: primeiro elimine gráficos que não fazem sentido com "só um evento de passagem" (como o periódico A); depois elimine o que não muda de patamar (constante, E); em seguida, decida o sentido correto (deve começar alto e terminar baixo, eliminando C); por fim, escolha entre pico-que-retorna (B, errado) e S-decrescente (D, certo) lembrando que depois de passar a fonte está se afastando, então a frequência final tem que ficar abaixo de fA.
• Conexões: o mesmo raciocínio de "componente radial da velocidade" aparece em questões de efeito Doppler com luz (desvio para o vermelho/azul em astronomia) e em problemas de radar de trânsito, sempre exigindo separar a velocidade total do móvel da sua componente na direção do observador.