Questão 127 — ENEM 2020 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Ondulatória (interferência de ondas sonoras)
• ⚡ Nível: Fácil — a resposta exige apenas reconhecer o conceito de fase oposta como condição de interferência destrutiva, sem cálculos.
• 🎯 Tema/Habilidade: Interferência de ondas sonoras aplicada a tecnologia do cotidiano (fone com cancelamento ativo de ruído).
• 🏆 Gabarito: D — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual fenômeno físico explica o cancelamento do ruído quando um sinal sonoro semelhante, porém em fase oposta, é somado a ele?"
• Palavras-chave decisivas: sinal sonoro semelhante, fase oposta, diminuição do ruído
• Armadilha típica: confundir o fenômeno com difração, reflexão ou refração só porque a questão fala em "onda sonora" e essas palavras também aparecem em ondulatória — mas nenhuma delas trata de soma de duas ondas.
• O que a resposta precisa demonstrar: entender que a redução do ruído ocorre pela sobreposição de duas ondas de mesma frequência e amplitude, defasadas em 180°, cujo resultado é o cancelamento das oscilações — ou seja, interferência destrutiva.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Onda sonora: perturbação mecânica periódica que se propaga no ar por meio de variações de pressão, caracterizada por frequência, amplitude e fase.
• Princípio da superposição: quando duas ou mais ondas coexistem no mesmo ponto do espaço, o deslocamento resultante é a soma algébrica dos deslocamentos de cada onda naquele instante.
• Interferência: fenômeno decorrente da superposição de ondas coerentes (mesma frequência). Pode ser construtiva (ondas em fase, amplitudes se somam) ou destrutiva (ondas em oposição de fase, amplitudes se cancelam).
• Oposição de fase (defasagem de 180° ou π rad): situação em que a crista de uma onda coincide temporalmente com o vale da outra — condição necessária para o cancelamento total ou parcial da onda resultante.
• Fenômenos "concorrentes" para descartar: difração (contorno de obstáculos e fendas), reflexão (retorno da onda ao atingir uma superfície), refração (mudança de direção e velocidade ao trocar de meio) e efeito Doppler (alteração da frequência percebida por movimento relativo entre fonte e observador) — nenhum desses depende de somar duas ondas em fase oposta.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "gera um sinal sonoro semelhante ao sinal externo (ruído)" → o circuito produz uma onda com a mesma frequência e amplitude do ruído captado, ou seja, uma onda coerente com ele.
• Evidência 2: "exceto pela sua fase oposta" → essa onda gerada está defasada em 180° em relação ao ruído — exatamente a condição matemática para interferência destrutiva.
• Síntese: as duas evidências, juntas, descrevem passo a passo a receita da interferência destrutiva: onda igual em tudo, menos na fase, que é invertida. Isso aponta diretamente para o fenômeno de interferência de ondas.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Modelando o ruído e o sinal anticancelamento como ondas

O ruído externo captado pelo microfone do fone pode ser representado, de forma simplificada, por uma função senoidal de pressão sonora:

y_ruído(t) = A · sen(ωt)

O circuito eletrônico do cancelador ativo processa esse sinal e gera uma onda com a mesma amplitude A e a mesma frequência angular ω, porém defasada em π rad (180°):

y_cancel(t) = A · sen(ωt + π) = −A · sen(ωt)

Ou seja, em cada instante, o sinal gerado tem exatamente o valor oposto ao do ruído.

Subpasso 4.2 — Aplicando o princípio da superposição

Quando as duas ondas — o ruído real e o sinal gerado pelo fone — chegam simultaneamente ao ouvido do usuário, elas se sobrepõem no mesmo meio (o ar dentro do fone). Pelo princípio da superposição, a perturbação resultante é a soma das duas:

y_total(t) = y_ruído(t) + y_cancel(t) = A·sen(ωt) − A·sen(ωt) = 0

O resultado é um deslocamento de pressão sonora nulo (ou fortemente reduzido, na prática, já que nenhum sistema real é perfeito) exatamente no ponto onde as ondas se encontram. Esse cancelamento de amplitude por sobreposição de ondas defasadas em 180° é, por definição, interferência destrutiva — um caso particular do fenômeno de interferência.

Subpasso 4.3 — Verificação

Vale confirmar que nenhum outro fenômeno ondulatório produz esse efeito: difração desvia a onda ao redor de obstáculos, sem cancelamento por fase; reflexão apenas devolve a onda ao meio de origem; refração muda a direção e a velocidade de propagação ao atravessar meios diferentes; efeito Doppler altera a frequência percebida por movimento relativo, não a amplitude. Somente a interferência trata da soma de duas ondas coerentes e explica por que uma onda "igual, mas invertida" anula outra. Confirma-se, portanto, a alternativa D.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) Difração.

❌ Incorreta: difração é o desvio de propagação de uma onda ao contornar obstáculos ou passar por fendas com dimensões próximas ao seu comprimento de onda. Não envolve soma de duas ondas em fase oposta nem cancelamento de amplitude — por isso não explica o funcionamento do cancelador de ruído.

B) Reflexão.

❌ Incorreta: reflexão ocorre quando uma onda incide sobre uma superfície que separa dois meios e retorna ao meio de origem. O fone não faz o ruído "ricochetear"; ele gera um novo sinal sonoro para se somar ao ruído, o que descarta esse fenômeno.

C) Refração.

❌ Incorreta: refração é a mudança de direção e de velocidade de propagação de uma onda ao passar de um meio para outro (por exemplo, do ar para a água). Não há troca de meio nem desvio de trajetória envolvidos no cancelamento ativo de ruído.

D) Interferência.

✅ Correta: o cancelador ativo gera uma onda sonora de mesma frequência e amplitude do ruído, porém em oposição de fase (defasagem de 180°). Ao se sobreporem, pelo princípio da superposição, as duas ondas se anulam (interferência destrutiva), reduzindo a intensidade do ruído percebido pelo usuário.

E) Efeito Doppler.

❌ Incorreta: o efeito Doppler descreve a variação da frequência (e, consequentemente, da altura do som) percebida por um observador quando há movimento relativo entre fonte sonora e observador. No fone, fonte e ouvinte estão em repouso relativo, e o que muda não é a frequência, mas o cancelamento por fase oposta — algo que o efeito Doppler não descreve.

🏆 Gabarito: D — o cancelamento do ruído ocorre porque o circuito gera uma onda sonora idêntica ao ruído em frequência e amplitude, mas defasada em 180°; ao se sobreporem, ocorre interferência destrutiva, que anula (ou reduz drasticamente) a onda sonora indesejada.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: entre os cinco fenômenos ondulatórios listados, apenas a interferência trata da soma (superposição) de duas ondas coerentes, sendo a única capaz de explicar o cancelamento por oposição de fase descrito no enunciado.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma explorar interferência em contextos tecnológicos e cotidianos — cancelamento de ruído, revestimentos antirreflexo em lentes, cores em películas finas (bolhas de sabão, manchas de óleo) e experimentos de fenda dupla — sempre testando se o estudante associa "fase relativa entre ondas" a "amplificação ou cancelamento".
• Generalização: toda vez que o enunciado mencionar duas ondas se somando, "fase oposta", "defasagem", "crista encontrando vale" ou "reforço/cancelamento de amplitude", o fenômeno em jogo é interferência (construtiva ou destrutiva, conforme o caso).
• Dica de eliminação rápida: elimine imediatamente difração, reflexão e refração sempre que a questão falar em duas ondas se combinando — esses três fenômenos descrevem o comportamento de uma única onda ao encontrar obstáculos ou mudar de meio. Descarte também o efeito Doppler quando não houver menção a movimento relativo entre fonte e observador. Sobra apenas a interferência.
• Conexões: o mesmo raciocínio aparece em batimentos sonoros (interferência entre ondas de frequências próximas) e no experimento da fenda dupla de Young, referência clássica de interferência luminosa.