Questão 135 do ENEM 2023 — Ciências da Natureza

Para resolver essa questão, precisamos entender o trajeto do pulso acústico e o que cada eco representa. O problema nos pede a velocidade do som especificamente na camada líquida.

Interpretando os Ecos

O enunciado nos diz que um pulso é emitido da superfície e dois ecos são recebidos pelo detector:

• O primeiro eco chega em $t_1 = 0,5 \text{ s}$. Ele é o resultado da reflexão do som na interface superior do líquido. Ou seja, é o tempo que o som leva para ir da superfície até o topo da camada líquida e voltar.
• O segundo eco chega em $t_2 = 1,1 \text{ s}$. Ele é o resultado da reflexão na interface inferior do líquido. Isso significa que o som foi da superfície, atravessou a primeira camada de rocha, atravessou toda a camada de líquido, bateu no fundo e fez o caminho inverso até o detector.

O Movimento no Líquido

A diferença de tempo entre a chegada do segundo eco e do primeiro eco corresponde exatamente ao tempo que o pulso acústico passou viajando apenas dentro da camada líquida (ida e volta).

Podemos calcular esse intervalo de tempo ($\Delta t$) subtraindo o tempo do primeiro eco do tempo do segundo eco: $\Delta t = t_2 - t_1$ $\Delta t = 1,1 \text{ s} - 0,5 \text{ s}$ $\Delta t = 0,6 \text{ s}$

Esse é o tempo que o som levou para descer os $450 \text{ m}$ da camada líquida e subir os mesmos $450 \text{ m}$ de volta até o topo dessa camada. Portanto, a distância total percorrida ($\Delta s$) pelo som dentro do líquido é o dobro da espessura da camada: $\Delta s = 2 \cdot 450 \text{ m}$ $\Delta s = 900 \text{ m}$

Calculando a Velocidade

Como a propagação do som em um meio homogêneo ocorre com velocidade constante, podemos usar a equação fundamental da cinemática para o movimento uniforme: $v = \frac{\Delta s}{\Delta t}$

Substituindo os valores que encontramos para o trajeto dentro do líquido: $v = \frac{900 \text{ m}}{0,6 \text{ s}}$ $v = \frac{9000}{6} \text{ m/s}$ $v = 1\,500 \text{ m/s}$

Portanto, a velocidade do som na camada líquida é de $1\,500 \text{ m/s}$, o que corresponde à alternativa D.