Relatório 7 de física exp. da universidade federal do ceará

1. Universidade Federal do Ceará
Centro de Tecnologia
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
Física Experimental
7° Relatório - Velocidade do Som
Professor: Philipe
Aluno: Caio Ítalo Alves
Matrícula: 345552
Turma: 14A
Fortaleza
2012.1

2. 1. Objetivo
- Determinação da velocidade do som no ar como uma aplicação de ressonância.
2. Material
- Cano de PVC com êmbolo;
- Diapasão de freqüência conhecida;
- Martelo de borracha;
- Fita métrica.
3. Introdução
Sabe-se que todo corpo possui uma ou mais frequências naturais e quando uma fonte
emite a mesma frequência do corpo ocorrem alguns fenômenos físicos como:
ressonância, onda estacionária e entre outras.
O conceito de ressonância está definido como quando uma fonte emite uma
frequência igual à de um corpo, tende a fazer com que o corpo vibre com uma
intensidade maior, consequentemente, fazendo com que a amplitude de vibração do
corpo aumente.
Um corpo possui uma frequência natural desta forma:
Recebe de uma fonte qualquer uma onda com amplitude diferente, porém com
mesma frequência:

3. A amplitude resultante será a soma das outras duas:
Em alguns casos esse fenômeno pode ser perigoso. Já houve casos de pontes que, por
causa de ventos que possuíam uma frequência bem próxima da frequência da ponte,
ocorreu uma ressonância e a vibração da ponte foi tão grande que foi totalmente
destruída.
Ponte Tacoma Narrows, 7 de Novembro de 1940. Estados Unidos.
A partir desta breve explicação podem-se retirar algumas ideias: como a amplitude
aumenta, no caso do som, a ressonância reforça o som produzido; no caso de um
balanço, a amplitude aumenta cada vez mais.
Assim, podemos determinar a velocidade do som, utilizando um tubo que possa sofrer
variações em seu comprimento e com um instrumento chamado diapasão que possui
uma frequência conhecida. As ondas sonoras que entram e as que saem produzem
uma onda estacionária com pontos de interferência construtivas e destrutivas
chamados nós e anti-nós, respectivamente.

4. Colocando o diapasão na boca do cano e variando o comprimento do cano e assim
variando a coluna de ar que entra no cano, haverá um momento que a intensidade do
som será máxima. Terá as seguintes características:
Se prosseguirmos aumentando, veremos que há outro máximo e percebe-se que a
intensidade do som é mais reforçada quando no êmbolo encontra-se um nó.
L’
Como podemos ver L’ - L = 1/2 λ e sabe-se que v = λ.f temos que:
v = 2 (L’ - L).f.
Assim, pode-se ser determinada a velocidade do som.
4.Procedimento
4.1 Anote a freqüência do diapasão. f = 440 Hz.
4.2 Golpeie o diapasão com o martelo de borracha e coloque-o vibrando próximo da
boca do cano de PVC, como mostra a fig. 7.2.
4.3 Mantendo o diapasão vibrando na boca do cano, movimente o êmbolo de modo a
aumentar o comprimento da coluna de ar no cano. Fique atento à intensidade sonora.
Quando a intensidade atingir um máximo meça o comprimento h1. Repita o
procedimento de modo a obter três medidas independentes e tire uma média.
h1(cm) h1(cm) h1(cm) Média(cm)
17,0 18,5 19,5 18,3

5. 4.4 Mantendo o diapasão vibrando na boca do cano aumente o comprimento da
coluna de ar no cano de modo a obter um 2º máximo sonoro. Quando a intensidade
atingir um máximo meça o comprimento h2. Repita o procedimento de modo a obter
três medidas independentes e tire uma média.
h2(cm) h2(cm) h2(cm) Média(cm)
57,0 56,0 59,0 57,3
4.5 Repita o procedimento anterior de modo a obter um 3º máximo. Faça três medidas
independentes de h3 e tire uma média.
h3(cm) h3(cm) h3(cm) Média(cm)
95,0 97,5 97,5 96,6
4.6 Anote a temperatura ambiente: ta = 25,4 °C.
4.7 Meça o comprimento máximo que a coluna de ar pode ter no cano utilizado: hmàx =
115,0 cm.
4.8 Meça o diâmetro interno do cano dint = 4,5 cm.
5. Questionário
5.1 Determine a velocidade do som:
V(m/s)
A partir de h1 (médio) sem considerar a “correção de extremidade” 322,1
A partir de h1 (médio) considerando a “correção de extremidade” 345,8
A partir dos valores médios de h1 e h2 343,2
A partir dos valores médios de h2 e h3 345,8
5.2 Calcule a velocidade teórica, utilizando a equação termodinâmica:
V = 331 + 2/3 T em m/s
onde T é a temperatura ambiente, em graus centesimais. (A velocidade do som no ar a
0° C é 331m/s. Para cada grau centígrado acima de 0°C, a velocidade do som aumenta
2/3 m/s).
V = 331 + (2.25,4)/3 = 347,9 m/s
5.3 Determine a velocidade do som pela média dos três últimos valores da questão 1.
337,0 m/s.

6. 5.4 Calcule o erro percentual entre o valor da velocidade de propagação do som no ar
obtido experimentalmente e o calculando teórico.
EP =(347,9-337).100/347,9 = 3,1%
5.5 Quais as causas prováveis dos erros cometidos?
Erros no manuseio dos equipamentos, atrapalhando nas medições de comprimento, a
dificuldade de ouvir o som máximo, alterando os resultados e entre outras.
5.6 Será possível obterem-se novos máximos de intensidade sonora, além dos três
observados, para outros comprimentos da coluna de ar dentro do cano? Raciocine ou
experimente. Justifique.
Para a frequência de 440 Hz não haverá outro máximo sonora, pois pela equaçãov = 2
(L’ - L).f e considerando a média de h3 = L temos que:
347,9 = 2(L’ - 0,966).440 = 1,36 m.
Significa que o próximo máximo seria aos 1,36 m, porém o tubo sonoro só alcança os
1,15 m.
5.7 Quais seriam os valores de h1,h2,h3 se o diapasão tivesse a freqüência de 880 Hz?
(não considerar a correção de extremidade).
De v = λ.f temos:
347,9 = λ.880
λ = 0,395m. Como h1é igual a λ/4 temos que h1 = 0,099 m ou 9,9 cm.
Dev = 2(h2 - h1).f temos:
347,9/880 = 2h2 - 2.0,099
h2 = (0,395 + 0,198)/2 = 0,593/2 = 0,297 m ou 29,7 cm.
De v = 2(h3 - h2).f temos:
(0,395 + 2.0,297)/2 = h3 = 0,494 m ou 49,4 cm

7. 6. Conclusão
Com o experimento foi possível determinar a velocidade do som. Utilizando os
conceitos de ressonância, onda estacionária e interferência. Foi possível concluir que o
som é influenciado pela temperatura e pelo meio de propagação. Quanto maior a
temperatura, maior a velocidade do som. Quanto mais próximas estiverem as
moléculas uma das outras, maior será a velocidade do som.
7. Bibliografia
http://www.infoescola.com/fisica/ressonancia/
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/ressonancia.php
http://fisica.uc.pt/data/20032004/apontamentos/apnt_115_10.pdf