Física Experimental- Velocidade do som- UFC 2016

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Universidade Federal do Ceará
Laboratório de Física para Engenharia
Prática 7
Relatório acerca da velocidade do som
Nome: Gabriela Maciel de Sousa
Matrícula: 385462
Turma: 35A
Curso: Engenharia de Telecomunicações (Integral)
Instituição: Universidade Federal do Ceará (UFC)
Centro: Centro de Tecnologia do Campus do Pici
Matéria: Física Experimental para Engenharia
Professor(a): Paloma Vieira
Data: 02/09/2016
Objetivos:
Determinação da velocidade do som no ar como uma aplicação de ressonância.
Material:
Cano de PVC com êmbolo;
Diapasão de frequência conhecida;
Martelo de borracha;
Termômetro digital;
Paquímetro;
Trena.
Introdução (Fundamentos):
	O som é uma onda mecânica de característica longitudinal que pode se distinguir de outras ondas sonoras por meio de alguns fatores:
Amplitude: Quanto maior for a amplitude de uma onda sonora, maior será a sua intensidade, o que causa um maior transporte de energia em um meio.
Frequência: A frequência de uma onda sonora está diretamente relacionada ao tempo que uma onda completa uma série de ciclos em um determinado tempo. A frequência de um som define se este tem a possibilidade de ser audível para um determinado tipo de animal, como também define o timbre relacionado com a onda, podendo ser “aguda” (alta frequência relacionada) ou “grave” (baixa frequência relacionada). Além disso, a frequência de uma onda sonora contribui para a ressonância do som, podendo ser alcançada quando o som coincide com a frequência de um determinado material, fazendo com que esta onda apresente um ganho em sua intensidade. A frequência de uma onda sonora está sempre muito relacionada com a música, devido à intensa elaboração de timbres, como também está relacionada com projetos de conchas acústicas ou teatros, para que o som de um determinado instrumento consiga se propagar por toda a estrutura por meio da ressonância.
Comprimento de onda: É a distância de um ciclo completo de uma onda, podendo mensurada pela distância de um nó de uma onda até o próximo. Também há a possibilidade de ser medido a partir de outros referencias, como a distância entre duas cristas ou dois vales de uma onda qualquer. Além disso, o comprimento de uma onda sonora possui uma relação entre a sua frequência, pois quanto maior o seu comprimento, menor será a sua frequência, estabelecendo uma relação inversamente proporcional.
O som, por possuir características de uma onda mecânica, apenas pode se propagar por intermédio de algum meio material, sendo impossível propagar uma onda sonora no vácuo.
Procedimento:
	Antes de iniciarmos os referidos procedimentos práticos, foi necessário revisarmos alguns fundamentos acerca da ressonância, fazendo com que houvesse a compreensão de determinados eventos sonoros que seriam presenciados no laboratório.
	O experimento consistia na emissão de uma onda sonora, a partir de um diapasão de frequência 440Hz, ao longo de um cano de PVC, com a possibilidade de ter o seu comprimento interno variado por meio de um êmbolo interno ao tubo, o que fazia com que houvesse o fenômeno de ressonância do diapasão algumas vezes. O fenômeno de ressonância acontecia quando a onda emitida pelo diapasão colidia perfeitamente com o centro da extremidade interna do cano, definida pelo êmbolo, o que formava um nó perfeito em sua reflexão, de forma com que isso provocasse a formação de uma onda estacionária, o que reforçava o som.
	Esse fenômeno foi avaliado diversas vezes pelas equipes presentes nas bancadas, fazendo com que houvesse uma melhor aproximação dos resultados acerca do comprimento interno do tubo quando havia o fenômeno de ressonância provocado pelo diapasão:
	
	
	Estudante 1
	Estudante 2
	Estudante 3
	Média (cm)
	h1 (cm)
	17,1 cm
	17,4 cm
	17,4 cm
	17,3 cm
	h2 (cm)
	56,3 cm
	57,1 cm
	58,2 cm
	57,2 cm
	h3 (cm)
	96,8 cm
	96,3 cm
	96,4 cm
	96,5 cm
	Verificou-se que o diapasão conseguiu provocar o fenômeno da ressonância no cano de PVC em aproximadamente 17,3 cm, 57,2 cm e em 96,5 cm, isso fez com que houvesse a dedução do comprimento de onda aproximado do som emitido pelo diapasão, pois h2-h1, que apresentou resultado 39,9 cm, possuía resultado semelhante ao h3-h2, cujo resultado era de 39,3 cm, ou seja, a metade do comprimento de onda do som emitido pelo diapasão era de, aproximadamente, 39,6 cm, então, o comprimento de onda total da onda sonora era de 79,2 cm.
Questionário:
1- Determine a velocidade do som:
Resposta:
	
	V (m/s)
	A partir de h1 (médio) sem considerar a “correção de extremidade”
	304,5 m/s
	A partir de h1 (médio) considerando a “correção de extremidade”
	328,8 m/s
	A partir dos valores médios de h1 e h2
	351,1 m/s
	A partir dos valores médios de h2 e h3
	345,8 m/s
V = 4h1 * f = 4 * 0,173 * 440 = 304,5 m/s.
V = (4h1+ 4* raio do tubo * 0,6) * f = (4 * 0,173 + 4 * 0,6 * 0,023) * 440 = 328,8 m/s.
V = 2 * (h2 – h1) * f = 2 * (0,572 – 0,173) * 440 = 351,1 m/s. 
V = 2 * (h3 – h2) * f = 2 * (0,965 – 0,572) * 440 = 345,8 m/s.
2- Determine a velocidade do som pela média dos três últimos valores da questão 1.
	Resposta: Aproximadamente 342 m/s.
M= (328,8+ 351,1+ 345,8)/3
M= 342
3- Calcule a velocidade teórica do som no ar, utilizando a equação termodinâmica:
V=331+(2/3)T em m/s
em que T é a temperatura ambiente, em graus Celsius. (A velocidade do som no ar a 0°C é 331 m/s. Para cada grau centígrado acima de 0°C, a velocidade aumenta (2/3) m/s).
Resposta: A temperatura, em graus Celsius, no momento da experiência, era de 28,8°C, logo V=331+(2/3)*(28,8) => V= 331+19,2 => V=350,2 m/s
4- Calcule o erro percentual entre o valor da velocidade de propagação do som no ar obtido experimentalmente (questão 2) e o calculado teoricamente (questão 3).
	Resposta: Δ=Vteo-Vexp => Δ=350,2 – 342 =8,2 m/s
	350,2 m/s => 100%
	8,2 m/s => x%
	x2,34%
5- Quais as causas prováveis dos erros cometidos na determinação experimental da velocidade do som nesta prática?
Resposta: Os erros cometidos estavam relacionados aos seguintes fatores: medição do tubo de PVC de maneira imprecisa (com alguma espécie de erro de posicionamento da trena) e dificuldade para detectar o som causado pela ressonância devido ao ruído presente no laboratório.
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.
Resposta: Para que ocorresse um novo evento de ressonância além do h3, seria necessário adicionar 39,6 cm ao valor de 96,5 cm, o que resultaria em 136,1 cm, o que impossibilitaria a observação de um novo evento de ressonância em h4 pelo fato de o tubo de PVC possuir apenas 110,4 cm.
7- A velocidade do som no ar a 3 0°C é 351 m/s. Qual a velocidade do som no ar a essa temperatura em km/h?
Resposta: 351 x 3,6 = 1263,6 km/h.
8- Quais seriam os valores de h1, h2 e h3 se o diapasão tivesse a frequência de 660Hz? (Não considerar a correção de extremidade).
Resposta: 
V = 4h1 * f
h1 = V / (4 * f) 
h1 = 318,56 / (4 * 660) 
h1=12,05 cm
V = (h2 – h1) * 2 * f 
336,16 = (h2 – 0,1205) * 1320 
0,255 = h2 – 0,1205 
h2=37,55 cm
V = (h3 – h2) * 2 * f 
352,88 = (h3 – 0,3755) * 1320 
0,267 = h3 – 0,3755 
h3=64,25 cm 
Conclusão:
Com a realização da prática, pode-se determinar a velocidade do som no ar aplicando-se o princípio da ressonância. O valor da velocidade do som resultante da média aritmética dos valores obtidos experimentalmente (343,96 m/s) e o valor encontrado através do cálculo da velocidade utilizando-se a equação termodinâmica v = 331 + 2T/3 (345,67 m/s) não apresentaram grande disparidade. O erro percentual entre a velocidade teórica e a velocidade obtida experimentalmente foi de 0,49%. Interferências externas como o barulho, má observação na localização do ventre e tempo de reação dos estudantes afetaram o resultado. 
Referências Bibliográficas:
1. 	Onda Mecânica. Wikipédia.
	Disponívelem <http://pt.wikipedia.org/wiki/Onda_mecânica>
	Acessado em 02/09/2016;
2.	Ondas longitudinais. Wikipédia.
	Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Ondas_longitudinais>
	Acessado em 02/09/2016
3.	Acústica. Wikipédia.
	Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Acústica>
	Acessado em 02/09/2016
4.	Ondulatória (ondas). Info Escola.
	Disponível em <http://www.infoescola.com/fisica/ondulatoria-ondas/>
	Acessado em 03/09/2016
5. 	Loiola Dias, NILDO. Roteiros de aulas práticas de Física. Sem edição definida. Fortaleza: Sem editora. 2016. 61 p.