Relatório 06 - Velocidade do Som

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
 
FÍSICA PARA ENGENHARIA 
 
 
PRÁTICA 06 – VELOCIDADE DO SOM 
 
 
 
 
Aluno: João Pedro Tavares de Oliveira 
Matrícula: 514629 
Turma: 37 
Professor: Antônio Neutonário 
Data de realização: 18/10/21 - 10:00 às 12:00 
OBJETIVOS 
- Determinação da velocidade do som no ar como uma aplicação de ressonância. 
- Determinação de uma frequência desconhecida. 
 
MATERIAL VIRTUAL 
- Filme sobre o experimento de ressonância numa coluna de ar em um tubo: 
https://www.youtube.com/watch?v=AxtVGqGETOM. Neste filme um diapasão vibrando com 
uma frequência bem definida é colocado na boca de um cano transparente. O comprimento da 
coluna de ar dentro do cano pode ser variado pela movimentação de um êmbolo. Para uma 
determinada posição percebemos que a intensidade sonora atinge um máximo. Nesta posição 
dizemos que ocorre a ressonância. O comprimento da coluna de ar dentro do cano nesta primeira 
posição de ressonância corresponde, aproximadamente, à ¼ do comprimento de onda. O filme 
mostra o experimento real que será realizado nesta prática por meio de uma simulação. 
- Link para uma simulação onde a cavidade ressonante é variada pelo nível da água dentro do 
cano. É simulado um diapasão com frequência de 440 Hz. Nesta simulação não é considerada 
a correção de extremidade e a velocidade de 340 m/s corresponde à velocidade do som no ar a 
uma temperatura de 13,5 °C: 
https://www.vascak.cz/data/android/physicsatschool/template.php?s=kv_rezonance&l=pt 
- Link para a simulação a ser utilizada nessa prática virtual: 
https://www.laboratoriovirtual.fisica.ufc.br/ressonancia-com-uma-cavidade-com-ar 
 
INTRODUÇÃO 
Esse relatório se trata de uma aula prática, na disciplina de Física Experimental, cujo 
assunto é o estudo acerca do ondas mecânicas, mais especificamente abordando um fenômeno 
conhecido como ressonância, suas aplicabilidades e sua importância no cotidiano. 
Ondas mecânicas são perturbações que se propagam através de um meio material e são 
capazes de transportar energia. Essas ondas, diferentemente das ondas eletromagnéticas, não 
carregam matéria e precisam de um meio para se propagar. Dessa forma, as ondas mecânicas 
possuem diferentes classificações, podendo ser classificadas pela maneira em que se propagam 
e pelo seu tipo de vibração. Quanto à vibração, podem ser unidimensionais, bidimensionais ou 
tridimensionais (FREEDMAN E YOUNG, 2008). 
Dessa forma, de acordo com Freedman e Young (2008), foi visto que os sistemas 
mecânicos possuem suas particularidades, podendo ser distinguidos de diversas maneiras, 
sendo assim, existe um fenômeno físico que ocorre quando essas particularidades se 
manifestam de maneiras semelhantes. Dito isso, a ressonância mecânica é um evento que ocorre 
no momento em que uma onda mecânica sofre um pico de amplitude causado por uma força 
cuja frequência é próxima ou igual a frequência natural de oscilação do sistema. Esse fenômeno 
ocorre pelo fato de existir uma “oscilação forçada”, esse tipo de oscilação ocorre quando é 
aplicada uma força propulsora, que varia periodicamente, no sistema que possui uma oscilação 
natural. Consequentemente, quando o sistema está em uma “oscilação forçada”, a frequência 
angular de oscilação natural é igual a frequência angular da força propulsora que foi citada 
anteriormente, sendo essa uma frequência resultante diferente da qual o sistema já possui. Como 
resultado, isso acaba gerando um nível mais alto de oscilação, fazendo com que as ondas 
tenham um pico de amplitude e vibrem com uma frequência mais elevada. 
A vista disso, é comum ser visto no dia a dia diversos exemplos de ressonância, quando 
uma pessoa grita até quebrar uma taça de vidro, ou quando ao empurrar uma pessoa em um 
balanço ela acaba por atingir uma altura mais alta (HELERBROCK, 201?) 
 
PROCEDIMENTO 
A seguir, será evidenciado, de forma esquematizada, o resultado dos dados 
experimentais, que foi realizado por meio da simulação obtida através dos materiais desse 
relatório. 
 
Tabela 01 - Posições de ressonância para a frequência de 700 Hz. 
h1(cm) h2(cm) h3(cm) 
10,0 35,0 60,0 
Fonte: Realizado pelo autor. 
 
A seguir, serão apresentadas as respectivas posições de ressonância, onde foi visualizado o valor 
máximo para a frequência de 800Hz. 
 
Tabela 02 - Posições de ressonância para a frequência de 800 Hz. 
h1(cm) h2(cm) h3(cm) 
9,5 30,4 52,4 
Fonte: Realizado pelo autor. 
 
Em seguida, será evidenciado os valores das posições obtidos das frequências desconhecidas. 
 
Tabela 03 - Posições de ressonância para a frequência desconhecidas 
 h1(cm) h2(cm) h3(cm) 
Frequência X 9,8 33 58,8 
Frequência Y 22,4 72,0 XXXX 
Frequência Z 15,8 50,0 84,7 
Fonte: Realizado pelo autor. 
 
QUESTIONÁRIO 
01ª: Determine a velocidade (média dos 4 valores obtidos) do som como indicado na tabela 
abaixo: 
Velocidade do Som, V (m/s) 
 700Hz 800Hz 
A partir dos valores de h1 e h2 350 334,4 
A partir dos valores de h2 e h3 350 352 
Valor médio 346,6 
 
Resposta: 
Para calcular o valor da velocidade do som em cada frequência, foi usada a seguinte equação: 
 
Em seguida, para a frequência de 700Hz, esse foi o valor calculado: 
 
 
Após isso, para a frequência de 800Hz, foram encontrados os seguintes valores para a 
velocidade: 
 
 
02ª: A simulação considera a temperatura ambiente local 25 °C. Calcule a velocidade teórica 
do som no ar utilizando a equação termodinâmica para essa temperatura: 
 
onde T é a temperatura ambiente, em graus Celsius durante o experimento. (A velocidade do 
som no ar a 0 °C vale 331 m/s. Para cada grau Celsius acima de °C, a velocidade do som 
aumenta 2/3 m/s). 
Resposta: 
 
 
03ª: Calcule o erro percentual entre o valor da velocidade de propagação do som no ar obtido 
experimentalmente (Questão 1, valor médio) e o calculado teoricamente (Questão 2). 
Resposta: 
 
 
04ª: Considere o diâmetro interno do cano/tubo 6,0 centímetros. A partir dos valores medidos 
de h1, determine a velocidade do som para as duas frequências (700 e 800 Hz) com e sem a 
CORREÇÃO DE EXTREMIDADE (ver seção 6.3 FUNDAMENTOS). 
Velocidade do Som, V (m/s) 
 700Hz 800Hz 
Sem a CORREÇÃO DE EXTREMIDADE 280 304 
Com a CORREÇÃO DE EXTREMIDADE 330 362 
 
Resposta: 
Sem a CORREÇÃO DE EXTREMIDADE: 
 
 
Com a CORREÇÃO DE EXTREMIDADE: 
 
 
05ª: Quais os valores das frequências desconhecidas ? 
Resposta: 
Frequência X: Frequência Y: 
 
 
Frequência Z: 
 
 
06ª: Nesta prática, foram observadas “experimentalmente” três posições de máximos de 
intensidade sonora para as frequências de 700 Hz e 800 Hz. Calcule as posições esperadas para 
o quarto e o quinto máximos de intensidade sonora para cada frequência. Considerando o 
comprimento total do cano/tubo, esses máximos poderiam ser observados com o tubo/cano 
utilizado nesta “experiência”? Justifique. 
Resposta: 
Para a frequência de 700Hz: 
Usando como referência o padrão de 25 cm, os valores do 4º e 5° máximos seriam 
respectivamente 85 cm e 110 cm. Somente o 4º máximo pode ser observado no tubo utilizado, 
visto que ainda se enquadra no comprimento total do tubo. 
Para a frequência de 800Hz: 
Usando como referência o padrão aproximado de 21 cm, os valores do 4º e 5° máximos seriam 
respectivamente 74 cm e 95,8, aproximadamente. Ambos os máximos poderão ser observados 
no tubo utilizado, visto que ainda se enquadram no comprimento total do tubo. 
 
07ª: Quais seriam os valores de h1, h2 e h3 se o som tivesse a frequência de 440 Hz? (Não 
considerar a correção de extremidade). 
Resposta: 
h1 = 15,9 cm 
h2 = 57,8 cm 
h3 = 96,8 cm 
 
CONCLUSÃO 
Diante do que foi exposto, pode-se se mostrar à conclusão do relatório da disciplina de 
Física Experimental, cujo tema se baseou na utilização de simulações para melhor entender e 
compreender o estudo da ressonância ecomo essa temática é presente no cotidiano, possuindo 
grande importância para a construção civil, por exemplo. 
Além disso, se baseando nos dados experimentais e nas análises representativas 
apresentados nesse relatório, pode-se concluir que o conceito de ressonância dos corpos está 
intimamente conectado ao dia a dia, como nas grandes construções. E, por isso, os estudos desse 
tema foram de extrema necessidade para a concepção e formulação dos conhecimentos que hoje 
são essenciais para a realização dessas obras. 
 
REFERÊNCIAS 
MOVIMENTO PERIÓDICO: Oscilações Forçadas e Ressonância. In: YOUNG, Hugh; 
FREEDMAN, Roger. Física de Sears & Zemansky: Volume 2: Termodinâmica e Ondas. 
12. ed. Pensilvânia: Pearson, 2008. v. 1, cap. 13, p. 58-60. 
HELERBROCK, Rafael. Ressonância: Ressonância sonora ou acústica. Brasil: Brasil Escola, 
[201?]. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/ressonancia.htm. Acesso em: 26 
out. 2021. 
SOM E AUDIÇÃO: Ressonância e Som. In: YOUNG, Hugh; FREEDMAN, Roger. Física de 
Sears & Zemansky: Volume 2: Termodinâmica e Ondas. 12. ed. Pensilvânia: Pearson, 2008. 
v. 1, cap. 16, p. 157-160.