Questão 120 do ENEM 2018 — Ciências da Natureza

Antes de resolver, vale entender como o sinal elétrico do aparelho de som vira onda sonora e o que muda fisicamente quando invertemos a ligação dos fios.

Um alto-falante converte um sinal elétrico alternado em movimento mecânico. Esse sinal faz o cone do alto-falante vibrar para frente e para trás, empurrando e puxando o ar ao redor. Esse movimento cria regiões de alta pressão (compressões) e de baixa pressão (rarefações) que se propagam pelo ar, formando a onda sonora.

Na polaridade correta, os dois alto-falantes recebem o mesmo sinal elétrico do mesmo modo. Os cones de ambos se movem para frente e para trás em sincronia: dizemos que eles emitem ondas em fase.

Na polaridade invertida, os fios de um dos alto-falantes (o D) são trocados de terminal — o que iria no positivo vai no negativo, e vice-versa. Na prática, o sinal elétrico que percorre a bobina desse alto-falante fica invertido em relação ao do outro. Como consequência, o movimento do cone também se inverte: no instante em que o cone de E avança (gerando uma compressão), o cone de D recua (gerando uma rarefação).

Em linguagem de ondas, os dois alto-falantes passam a emitir ondas em oposição de fase, isto é, com uma diferença de fase de $\Delta\theta = 180^{\circ}$ ($\pi$ radianos).

Como o equipamento é mono, o som original (mesma frequência e mesma amplitude) é idêntico nos dois lados. Quando duas ondas se encontram no mesmo meio, ocorre o fenômeno da interferência.

Considere um ouvinte num ponto equidistante dos dois alto-falantes. As ondas percorrem a mesma distância até chegar a ele, então a diferença de percurso não introduz defasagem adicional. Como as ondas já saíram das caixas em oposição de fase, elas chegam ao ouvinte também em oposição de fase: a compressão (crista) vinda de um alto-falante encontra exatamente a rarefação (vale) vinda do outro.

Pelo Princípio da Superposição, essas ondas se cancelam. Esse é o fenômeno da interferência destrutiva, que reduz drasticamente (ou até anula) o volume percebido nesses pontos.

Portanto, a inversão de polaridade faz o alto-falante D emitir ondas em oposição de fase em relação ao E, resultando em interferência destrutiva nos pontos equidistantes. A resposta é a alternativa E.