DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DO SOM NO AR

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
FACULDADE DE FÍSICA
ONDAS E FÍSICA MODERNA
DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DO SOM NO AR
AMANDA DE OLIVEIRA GONÇALVES
PORTO ALEGRE, 27 DE ABRIL DE 2016
INTRODUÇÃO
No dia 13 de abril de 2016 foi realizado um experimento para medir a velocidade do som no ar, utilizando para isso dois diapasões com frequências distintas, para que através disso fosse possível identificar a velocidade do som no ar que passava por um tubo em formato U preenchido com água e ar. 
A temperatura ambiente do laboratório era de aproximadamente 28 graus Celsius.
A velocidade do som no ar depende das propriedades inerciais do meio e das propriedades elásticas. 
Tabela 1
	Na tabela 1 podemos constatar a velocidade de propagação do som em diversos tipos de materiais.
	Considerando que o meio utilizado para a realização do experimento era o ar e que a velocidade para a temperatura tabelada para a temperatura ambiente era 340 m/s foram calculados os erros experimentais.
	Para realização do experimento utilizamos os conceitos do princípio da superposição, ressonância e geração de ondas estacionárias. 
	A superposição de ondas, também conhecida como interferência, é o fenômeno que ocorre quando duas, ou mais, ondas se encontram gerando uma onda resultante igual à soma algébrica das perturbações das ondas. Tal fenômeno pode ser visto nas figuras 1 e 2.
Figura 1
Figura 2
	Ressonância é o fenômeno que acontece quando um sistema físico recebe energia por meio de excitações de frequência igual a uma de suas frequências naturais de vibração. Assim, o sistema físico passa a vibrar com amplitudes cada vez maiores.
OBJETIVOS
	O objetivo do experimento era calcular a velocidade do som que se propagava dentro do tubo em formato de U, no ar. Identificar as grandezas características de uma onda. Aplicar o princípio de superposição na geração de ondas estacionárias. Reconhecer o fenômeno de ressonância.
EQUIPAMENTOS
	Foram utilizados os seguintes equipamentos:
- Um tubo de vidro;
- Um diapasão de 440Hz e 512Hz;
- Um martelo de borracha;
- Um reservatório de água;
- Uma haste metálica;
- Um tubo de plástico;
- Um termômetro;
- Uma régua ou fita métrica;
- Uma caneta marcadora.
	A figura 3 indica o esquema utilizado para a execução do experimento:
 Figura 3
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
	Levantou-se o reservatório, de maneira que o nível de água ficasse próximo ao topo do tubo. Fez-se vibrar o diapasão batendo levemente com o martelo de borracha. Foi-se abaixando levemente o nível de água do tubo, abaixando-se o reservatório, até se ouvir a primeira ressonância. Marcou-se no tubo a altura de água onde foi ouvida a primeira ressonância, 1ºnodo. Abaixou-se novamente o nível de água, mantendo-se sempre a vibração do diapasão, até localizar-se a posição do 2ºnodo.
	O procedimento foi realizado três vezes.
DADOS EXPERIMENTAIS E ANÁLISE
Abaixo encontram-se os dados coletados:
	Diapasão de 440Hz
	 
	L1
	L2
	1ª medida
	18 cm 
	58,3 cm 
	2ª medida
	17,9 cm 
	58 cm 
	3ª medida
	17,6 cm 
	58,5 cm 
	média
	17,833 cm
	58,267 cm
	Diapasão de 512Hz
	 
	L1
	L2
	1ª medida
	14,7 cm 
	49 cm
	2ª medida
	14,5 cm
	48,9 cm
	3ª medida
	14,5 cm
	49,5 cm
	média
	14,567 cm
	49,133 cm
	A partir das médias encontradas realizou-se o cálculo que segue:
V1 = 2*(0,58267-0,17833)*440= 355,82 m/s
V2 = 2*(0,49133-0,14567)*512= 353,95 m/s
	Simulamos também qual seria a velocidade encontrada com uma possível mudança na temperatura. Os valores encontrados no experimento, média de 354,88 m/s, foram coletados a uma temperatura de 28° (301 K). 
	Através da equação V1/V2 = raiz (T1/T2) para uma temperatura de 273 K (0°C) encontrou-se uma velocidade de 337,98m/s.
	Com a equação V(m/s) =332 + 0,6*T(°C) encontrou-se o gráfico que representa a variação da velocidade em função da temperatura.
CONCLUSÕES
	Com o cálculo realizado, e com os erros de medição que aconteceram, analisa-se que não a variação da velocidade em função da frequência do diapasão utilizado, isso porque a velocidade do som depende do meio, logo qualquer valor de frequência utilizado deveria chegar ao mesmo valor de velocidade, que é 340m/s. Os valores encontrados em V1 e V2 tem uma diferença em relação ao esperado em virtude de erros experimentais, por ser um experimento realizado a olho nu, o valor encontrado na régua poderia ter uma pequena variação. Outra causa possível de dificultar a exatidão do experimento se deve ao fato de que a localização do ponto onde se encontram os nodos é feita através do audição, e isso pode causar alguma dificuldade quanto ao ponto certo que se deve marcar.
	Além do meio, outro fator que influencia na velocidade do som é a temperatura. Através dos cálculos realizados constata-se que a velocidade diminui quando a temperatura diminui, ou seja, são grandezas diretamente proporcionais.