Experimento V - Velocidade do Som no Ar Tubo de Ressonância (Água)

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Física Experimental II (5910236) para o Curso de 
Quimica 
Departamento de Física-FFCLRP-USP 
 
EXPERIMENTO V- VELOCIDADE DO SOM NO AR, TUBO DE 
RESSONÂNCIA (ÁGUA) 
Objetivos: 
 
Estudar o fenômeno de ressonância e a produção de ondas estacionárias, 
além de determinar a velocidade do som no ar e a frequência de vibração de 
um diapasão desconhecido. 
 
Introdução: 
Quando uma onda sonora propaga-se em um meio homogêneo, há uma 
relação entre os seus comprimento de onda , frequência f e velocidade v: 
 
 
 
 
 
Assim, se for medido o comprimento de onda do som no ar com frequência 
conhecida, pode-se calcular a velocidade com a qual ele se propaga. 
 
Neste experimento serão confinadas ondas mecânicas em um tubo, de 
comprimento L e raio R, sendo que, reflexões nas suas extremidades 
aparecerão originando ondas que se propagam em sentidos contrários. A 
sobreposição destas ondas depende das dimensões do tubo em relação ao 
comprimento de onda da radiação incidente, criando-se assim, uma onda 
estacionária. O comportamento desta onda estacionária vai depender então 
das condições de contorno do problema. No experimento da corda vibrante 
com extremidades fixas ficava imposto que nas extremidades o deslocamento 
era nulo (nós). Para o tubo, a extremidade aberta corresponde a um nó de 
pressão (ventre ou anti-nodo de deslocamento) e a extremidade fechada 
corresponde a um nó de deslocamento (ventre de pressão), como se mostra na 
Figura 1. Desta forma, em tubos, existem certas frequências para as quais a 
sobreposição provoca uma onda estacionária. No caso de um tubo com uma 
extremidade fechada (simulada aqui pela superfície de água, que é uma 
substância com uma grande diferencia de impedância acústica quando 
comparada com o ar) e outra aberta teremos as ressonâncias descritas na 
Figura 1. A extremidade aberta corresponde a um anti-nodo e a extremidade 
fechada a um nodo de deslocamento. Assim, o comprimento efetivo L de um 
tubo sonoro corresponde a: 
 
4
n
L 
, para n = 1,3,5,7,.... (1) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Materiais: 
Tubo, 
Quatro diapasões com frequências conhecidas, 
Um diapasão com frequência desconhecida, 
Termômetro, 
Martelo de borracha. 
Caneca, 
Diz, 
Elásticos de Marcação, 
Água. 
 
 
Procedimentos experimentais 
 
1) Posicione o diapasão (A), de maior frequência, de modo que ele vibre 
num plano vertical sobre a extremidade aberta do tubo. Elevando o 
reservatório, faça subir o nível da água até próximo à extremidade e faça 
vibrar o diapasão com o martelo de borracha. 
 
Observações: jamais golpeie o diapasão com um objeto metálico, evite 
que o diapasão toque o tubo quando em vibração e antes de guardá-lo 
ou colocá-lo sobre um apoio, amorteça suas vibrações com a mão. 
 
Água 
4
 
4
3 
4
5
 
Figura 1 – Representação de ondas estacionárias em um tubo com água para diferentes 
relações altura da coluna de ar/comprimento de onda. As ondas indicam o deslocamento 
das moléculas de ar. 
 
 
2) Desça lentamente o reservatório, procurando um primeiro nível para o 
qual ocorra o máximo da intensidade do som (ressonância). Localize a 
posição da intensidade máxima, o mais precisamente possível, 
levantando e abaixando o nível da água quantas vezes forem 
necessárias. Marque com um elástico ou giz esse nível, o qual será 
identificado por A1, sendo A0 corresponde à extremidade aberta do tubo. 
 
 
3) Abaixe ainda mais o reservatório e localize um segundo nível A2 de 
ressonância. Marque novamente a posição com um elástico. Procure 
outros possíveis níveis Ai de ressonância, marcando sempre as 
posições com elásticos ou giz, procurando explorar toda a extensão do 
tubo. 
 
4) Registre em uma tabela a identificação do diapasão utilizado, sua 
frequência, e os pares correspondentes às distâncias A0A1, A1A2, e 
assim por diante. 
 
 
5) Repita os procedimentos do item 1) ao 2) para os demais diapasões. 
 
6) Meça a temperatura do ar no ambiente. 
 
Análise de dados: 
a) Desprezando as medidas da extremidade para cada diapasão, 
determine os comprimentos de onda dos sons examinados, registrando 
esses valores também na respectiva tabela. 
 
 
 
 
b) Por que as medidas das extremidades devem ser desprezadas? 
 
c) Utilizando as frequências conhecidas dos diapasões e os resultados 
anteriores, determine a velocidade do som, e sua média. 
 
d) Determine graficamente a velocidade do som no ar. Qual é o gráfico que 
deve ser montado? 
 
e) Compare e discuta os resultados dos itens c) e d). 
 
f) A partir dos resultados obtidos nos itens c) e d), determine a frequência 
do diapasão de frequência desconhecida. 
 
g) Sugira outra forma mais limpa, simples e barata de realizar este 
experimento. 
 
 
Referências: 
 
1. Tipler, P.A.- Física, volume 1 e 2. Ed. Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 
1982. 
 
2. Sears, F.W.; Zemansky, M.W. e Young- Física, volume 1 e 2. 
 
3. Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., Rio de Janeiro, 1984. 
 
4. Halliday, D. e Resnick, R.- Física, volume 1 e 2 . Ed. Guanabara Dois, Rio 
de Janeiro, 1984. 
 
 
 
Tabela I 
 
fA fB fC fD fE 
AoA1 BoB1 CoC1 DoD1 EoE1 
A1A2 B1B2 C1C2 D1D2 E1E2 
A2A3 B2B3 C2C3 D2D3 E2E3 
A3A4 B3B4 C3C4 D3D4 E3E4 
A4A5 B4B5 C4C5 D4D5 E4E5 
A5A6 B5B6 C5C6 D5D6 E5E6 
A6A7 B6B7 C6C7 D6D7 E6E7 
a
 
b
 
c
 
d
 
e
 
av
 
bv
 
cv
 
dv
 
ev
 
t
(ºC) 
t
(ºC) 
t
(ºC) 
t
(ºC) 
t
(ºC)