Questão 102 do ENEM 2016 — Ciências da Natureza

Para resolvermos essa questão, precisamos analisar o que acontece com as ondas sonoras (ultrassom) emitidas pelo morcego quando refletem em um alvo que está se afastando. Vamos dividir nossa análise em três características da onda: a intensidade, o tempo de retorno e a frequência.

Intensidade da onda

A intensidade sonora está relacionada à energia que a onda carrega e como ela se espalha pelo espaço. Conforme a mariposa se afasta, a distância $d$ entre ela e o morcego aumenta. Como a energia da onda se distribui por uma área cada vez maior (a intensidade é inversamente proporcional ao quadrado da distância, $I \propto \frac{1}{d^2}$), a intensidade do eco que retorna ao morcego será diminuída.

Tempo de retorno do eco

O eco é o som que vai até o obstáculo e volta. Como a mariposa está em movimento de afastamento, a cada pulso emitido, a distância que o som precisa percorrer na ida e na volta é maior. Sabendo que a velocidade do som no ar é constante, se a distância aumenta, o tempo $\Delta t$ necessário para o eco retornar ao morcego também será aumentado.

Frequência percebida (Efeito Doppler)

Aqui entra um conceito muito importante da ondulatória: o Efeito Doppler. Esse fenômeno ocorre quando há movimento relativo entre a fonte da onda e o observador. Quando a mariposa (que atua como um refletor, ou seja, uma "nova fonte" para o eco) se afasta do morcego (observador), as frentes de onda chegam ao morcego mais espaçadas do que foram emitidas. Esse afastamento relativo faz com que a frequência $f'$ da onda percebida pelo morcego seja menor do que a frequência original $f$ emitida. Portanto, a frequência percebida será diminuída.

Analisando essas três conclusões em conjunto, temos que o sistema do morcego detectará uma intensidade diminuída, um tempo de retorno aumentado e uma frequência percebida diminuída. Isso nos leva à alternativa correta.