relatorio 4

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BRUNO ZANELLA MACIEL DOMINGOS (120037036)
GABRIEL PEREIRA GARCIA (117040053)
IGOR RIBEIRO DA COSTA CARDOSO (218041076)
PEDRO DOS SANTOS BIZZO (118040053)
PROPOSTA EXPERIMENTAL
ONDAS ESTACIONÁRIAS EM CORDAS
FÍSICA EXPERIMENTAL III
TURMA: AB
DOCENTE: JESUS LUBIAN RIOS
Niterói - RJ
2021
Luigi
Nota
Nota 8.5 de 1.0 pontos.
BRUNO ZANELLA MACIEL DOMINGOS
GABRIEL PEREIRA GARCIA
IGOR RIBEIRO DA COSTA CARDOSO
PEDRO DOS SANTOS BIZZO
ONDAS ESTACIONÁRIAS EM CORDAS
Relatório IV avaliativo apresentado como
requisito parcial para a obtenção de nota. Data de
entrega 25 de março de 2021.
Niterói - RJ
2021
SUMÁRIO
1 - PROPOSTA 4
2 - INTRODUÇÃO 4
3 - METODOLOGIA E DESCRIÇÃO DO APARATO EXPERIMENTAL 5
3.1 - OBJETIVO E MATERIAIS 5
3.2 - DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES 5
4 - ANÁLISE DE DADOS 6
4.1 - MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO 7
4.2 - PULSO COM 3 TIPOS DE TENSÕES 8
4.3 - RAZÕES ENTRE TENSÕES EM RELAÇÃO A ALTA 10
4.4 - OSCILADOR EM TENSÃO ALTA, TODOS MODOS ESTACIONÁRIOS 11
4.5 - COMPRANDO AS VELOCIDADES EM TENSÃO ALTA 13
5 - CONCLUSÃO 13
REFERÊNCIAS 14
1 - PROPOSTA
Nesse experimento, iremos utilizar uma base fixa na extremidade de uma
corda para simular a geração de ondas, de forma que sua fonte será um oscilador e
um pulso. Propondo então, que a velocidade de propagação da onda seja analisada
de duas maneiras: relacionando-a com o comprimento de onda (medido pela
régua) e sua frequência, e também relacionando-a à ao comprimento da corda
ao tempo que o primeiro ponto de perturbação da corda leva para chegar à
base fixa usando um pulso de onda (medido pelo cronômetro). Com a
frequência dada, os comprimentos medidos e como o cronômetro está sincronizado
com o movimento da onda, podemos fazer tais análises, assim como estabelecer
razões entre as tensões. Como a tensão e a densidade linear da corda não são
dados, e não se pode medi-los diretamente, visto que as medidas seriam
adimensionais (para tensão “baixa, alta e intermediária”, e densidade “número de
bolinhas por unidade de comprimento”). Todas as medidas serão feitas sem
amortecimento, e depois com um amortecimento momentâneo para analisar
se há diferença. Finalmente, para o método gráfico será utilizado um gráfico no
modelo de regressão linear no parâmetro λ, onde a velocidade estará em função
da frequência em todos os modos estacionários possíveis, com uma
amplitude de 0,20 cm para obter uma melhor aproximação para o limite de
extremidades.
2 - INTRODUÇÃO
As ondas são em si efeitos de perturbação que se propagam pelo
espaço sem haver o transporte de matéria, mas apenas energia. E sua propagação
pode ser efetuada através de um meio ou não, classificando assim as ondas
mecânicas e eletromagnéticas, respectivamente. Seu estudo na física foi um dos
mais que se desenvolveram nos últimos séculos, e o conhecimento de suas
propriedades possibilitou o estudo de frequências naturais de oscilação das obras
de engenharia civil. E também é muito utilizado, no caso das ondas
eletromagnéticas, para o desenvolvimento e avanços na área de comunicação,
principalmente via satélite e rádio.
3 - METODOLOGIA E DESCRIÇÃO DO APARATO EXPERIMENTAL
3.1 - OBJETIVO E MATERIAIS
Objetivo: Determinar a velocidade de um pulso de onda em uma corda e
estudar os modos estacionários em uma corda com pontas fixas.
Materiais: Simulador PhET Colorado: Ondas estacionárias em cordas.
Ferramentas contidas no simulador: Régua em x e y, amplitude de onda,
frequência, amortecimento, tensão, cronômetro, linha de referência,
diminuidor de velocidade de tempo em lento e normal. Equações: equações
de energia potencial gravitacional e cinética, e equações a ser utilizadas
V= Velocidade
m= massa
L= comprimento
F= intensidade da força de tração exercida na corda
p e u = densidade linear da corda
f= frequência
𝝺= comprimento de onda
3.2 - DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES
Foi aberto o simulador, e em seguida dentro do programa, foi
realizados teste com frequências e pulsos com tensões altas e baixas
utilizando uma amplitude padrão de 0,20 cm no oscilador. A seguir, pegamos
a régua e medimos as distâncias e alturas das ondas ao longo do percurso
fixo, tomando nota dos valores obtidos juntamente com o tempo dado pelo
cronômetro em tempo lento.
Figura 1 - Com valor de 1 partícula do gás
Fonte: Autores utilizando phet colorado simulation, 2021
4 - ANÁLISE DE DADOS
Enunciados fornecidos pela apostila:
Luigi
Nota
Muito bom até aqui.
Nota 2.0 de 2.0 pontos.
4.1 - MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO
Podemos utilizar a relação para o cálculo da velocidade, colocando𝑣 = λ · 𝑓 
o simulador no modo oscilador e medindo a amplitude com a régua e calibrando o
simulador para a frequência desejada.
Figura 2- Velocidade pelo método λ · 𝑓
Fonte: Autores utilizando phet colorado simulation, 2021
Ao utilizarmos a frequência de 1 Hz, obtivemos um comprimento de onda
, obtivemos através do cálculo a velocidade deλ = 1, 22 ± 0, 10 𝑐𝑚
.𝑣 = 1, 22 ± 0, 10 𝑐𝑚/𝑠
Podemos também calcular a velocidade ao colocarmos o simulador no modo
pulso e utilizarmos a relação , fazendo o uso de uma régua para medirmos o𝑣 = ∆𝑠∆𝑡
comprimento da corda e o cronômetro para medir o tempo que a onda leva para
percorrer todo o comprimento da corda. Obtivemos para o7, 5 ± 0, 1 𝑐𝑚/𝑠
comprimento da corda e para o tempo de percurso da onda. A partir5, 89 ± 0, 005 𝑠
disso obtivemos .𝑣 = 1, 27 ± 0, 02 𝑐𝑚/𝑠
Figura 3- Velocidade pelo método do pulso.
Fonte: Autores utilizando phet colorado simulation, 2021
4.2 - PULSO COM 3 TIPOS DE TENSÕES
Utilizando a fórmula abaixo, iremos calcular a velocidade com que a onda se
propaga. Em 3 tipos diferentes de tensão, com pulso de 0,20cm de amplitude e uma
duração de 0,20 segundos, utilizando tempo em câmera lenta e 3 tentativas,e
utilizando a medida intermediária entre as 3 no cálculo.
Abaixo estão as imagens que serão utilizadas como valores médios para
esse experimento com suas respectivas tensões alta, média e baixa.
Luigi
Nota
Ok.
Nota 1.0 de 1.0 ponto.
Figura 4 - Pulso 1 com tensão alta
Fonte: Autores utilizando phet colorado simulation, 2021
Figura 5 - Pulso 2 com tensão média
Fonte: Autores utilizando phet colorado simulation, 2021
Figura 6 - Pulso 3 com tensão baixa
Fonte: Autores utilizando phet colorado simulation, 2021
𝑣 = 7,5∆𝑡
Tabela 1: Velocidade de Propagação
6,8 ± 0,6 cm/s𝑣
𝑇𝑎
=
= 3,6 ± 0,3 cm/s𝑣
𝑇𝑚
1,3 ± 0,1 cm/s𝑣
𝑇𝑏
=
4.3 - RAZÕES ENTRE TENSÕES EM RELAÇÃO A ALTA
Utilizando a fórmula e relacionando com a equação ,𝑇 = 𝑣
2
µ 𝑣 =
λ
𝑓
obteremos que . Desta forma, podemos utilizar o simulador para𝑇 = λ
2
𝑓2µ
obter o comprimento de onda através de medições com a régua e,λ
mantendo a frequência para diferentes tensões, podemos as relacionar da
seguinte forma:
µ =
λ
𝐴
2
𝑓2·𝑇
𝑎
Luigi
Nota
Ok.
Nota 1.0 de 1.0 ponto.
Substituindo na relação para a tensão baixa obtemos: 𝑇
𝑏
=
λ
𝑏
2
𝑓2
·
𝑓2·𝑇
𝑎
λ
𝑎
2
Poderemos simplificar pois mantivemos a mesma frequência e a mesma
corda,obtendo: ; podendo realizar a mesma relação para𝑇
𝑏
=
λ
𝑏
2·𝑇
𝑎
λ
𝑎
2 𝑇𝑚
Ao calibrarmos o simulador para a frequência de 1 Hz, obtivemos
; ; as seguintesλ
𝑎
= 6, 22 ± 0, 10 λ
𝑏
= 1, 24 ± 0, 10 λ
𝑚
= 3, 80 ± 0, 10
relações:
,𝑇
𝑏
= (0, 04± 0, 1) · 𝑇
𝑎
𝑇
𝑚
= (0, 37 ± 0, 1)· 𝑇
𝑎
4.4 - OSCILADOR EM TENSÃO ALTA, TODOS MODOS ESTACIONÁRIOS
Tem-se 3 tipos de onda estacionária 𝝺=2L, 𝝺=L, 𝝺= L, sendo que a23
frequência é dada em 1 segundo Hz é igual quantas 𝝺 foi feito em 1 segundo.
Com isso pode-se fazer os modos de onda estacionária atraves da formula
abaixo.
Figura 7 - 𝝺=2L
Luigi
Nota
Ok.
Nota 1.0 de 1,0 ponto.
Fonte: Autores utilizando phet colorado simulation, 2021
Figura 8 - 𝝺=2L
Fonte: Autores utilizando phet colorado simulation, 2021
Figura 8 - 𝝺=2/3L
Fonte: Autores utilizando phet colorado simulation, 2021
Grafico 1 - Lambida vezes frenquencia
Fonte: Autores utilizando excel, 2021
Como pode-se ver a velocidadevai ser de 5,4 ± 0,4 cm/s independe
do ponto.
Luigi
Nota
Não dá para ver nada nesse gráfico.

Deveriam ter feito um gráfico (lambda x 1/f) nisso apareceria a velocidade no lugar daquele (4,4067).

Assim daria para ver pelo gráfico quanto vale a velocidade. Não precisaria fazer conta a partir dele para ver a velocidade.
Essa é a proposta do exercício. Fazer um gráfico no qual a velocidade apareça como coeficiente angular da reta.

Portanto vou dar nota 1.5 de 3.0 pontos.
4.5 - COMPRANDO AS VELOCIDADES EM TENSÃO ALTA
Com o método de pulso utilizando a tensão alta, a velocidade da onda
é de e no método do oscilador que deu a velocidade de6, 7 ± 0, 6 𝑐𝑚/𝑠
está decimos fora da margem de erro evidenciando,5, 4 ± 0, 7 𝑐𝑚/𝑠
portanto, erros de medições humana no item do método de pulso utilizando a
tensão alta.
5 - CONCLUSÃO
Como pode ser visto ao longo do trabalho utilizamos formas e
metodologias para calcular valor da velocidade de propagação da onda, e que essa
velocidade é influenciada pelo tracionamento da corda, quanto mais tracionada mais
rápida a onda tende a se locomover, quanto menor for densidade linear dessa
corda, maior vai ser a frequencia, quanto menor for 𝝺 maior será a frequência da
corda. Experimento porporcionol noções essecias de ondas, agregando assim muito
no apredizado dos autores.
REFERÊNCIAS
Luigi
Nota
'comparando'
Luigi
Nota
ok. Nota 1.0 de 1.0 ponto.
Luigi
Nota
ok.
Nota 1.0 de 1.0 ponto.