08.VelocidadeDoSom - Física Experimental para Engenharia - UFC

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FÍSICA EXPERIMENTAL PARA ENGENHARIA – CD0328 
 
 
 
 
PRÁTICA 08 
VELOCIDADE DO SOM 
 
 
 
 
 
 
Breno Oliveira da Silva 359580 
Turma 04A 
 
 
 
Prática realizada no dia 12/09/2017 às 08:00 h. 
 
 
 
Fortaleza – Ceará 
Setembro de 2017 
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. 
 
FUNDAMENTOS 
Cada sistema físico capaz de vibrar possui uma ou mais frequências naturais, que 
são frequências em que sua vibração melhor aproveita a energia recebida e se efetua 
com maior facilidade. 
O fenômeno em que a frequência das oscilações produzidas coincide com a uma 
das frequências naturais de um corpo, fazendo com o que este receba energia 
progressivamente da onda é chamado de ressonância. 
Um exemplo bem conhecido de ressonância acontece quando uma cantora lírica 
atinge a mesma frequência de vibração das moléculas de uma taça de cristal, 
aumentando gradativamente a energia recebida pelo objeto até que este venha a 
quebrar. 
Figura 1. Ponte sobre o rio Tocama – EUA, destruída em razão da ressonância. 
Outro exemplo aconteceu em 1940 quando uma ponte nos Estados Unidos 
recebeu impulsos periódicos causados pelo vento que tinham igual frequência à das 
oscilações naturais de vibração da estrutura, causando o colapso da mesma. 
Através do fenômeno da ressonância podemos medir a velocidade do som no ar. 
Para isso devemos variar dentro de um tubo o comprimento da coluna de ar e incidir 
sobre aquela coluna uma onda com frequência conhecida. No momento da ressonância 
o som produzido será reforçado. Esse procedimento gera ondas estacionárias que 
possuem partes chamadas de nós e outras chamadas de ventres. 
Figura 2. Onda estacionária e suas partes. 
A distância entre dois nós ou dois ventres consecutivos é sempre meio 
comprimento de onda (λ /2). 
Aumentando o comprimento da coluna de ar enquanto se emite uma onda com 
frequência conhecida chegamos a primeira ocorrência de ressonância, onde o êmbolo 
está a uma distância h1 da boca do tubo. 
Figura 3. Posições onde ocorrem ressonâncias. 
Aumentando o comprimento da coluna de ar encontra-se outros pontos de 
ressonância (h2, h3, ...). 
 Na figura visualizamos que h2 – h1 é a distância entre dois nós consecutivos, que 
equivale a meio comprimento de onda, então: 
h2 – h1 = λ /2 
onde λ é o comprimento de onda do som no ar. 
 Substituindo na equação da velocidade da onda, encontramos: 
v = λ.f 
v = 2.(h2 – h1).f 
onde f é a frequência da onda empregada no tubo. 
 Aplica-se sobre os valores encontrados um fator de correção somando em h1, 
0,6 do raio interno do tubo, devido o ventre não se encontrar exatamente na boca do 
cano. 
 
PROCEDIMENTO 
1- Anotamos a frequência do diapasão: f = 440 Hz. 
2- Golpeamos o diapasão com o martelo de borracha e colocamos vibrando 
próximo da boca do cano de PVC. 
3- Mantendo o diapasão vibrando na boca do cano, movimentamos o êmbolo de 
modo a aumentar o comprimento da coluna de ar no cano. Ficamos atentos à 
intensidade sonora. Quando a intensidade atingiu i máximo medimos o 
comprimento h1. Repetimos o procedimento de modo a obter h2 e h3. 
 
Tabela 1. Medidas realizadas pelo estudante 1. 
h1 (cm) h2 (cm) h3 (cm) 
17,0 56,0 94,0 
 
4- Fazendo um rodízio nas atividades de cada estudante para permitir medidas 
independentes, repetimos o procedimento anterior de modo a obter mais dois 
conjuntos de dados. 
 
Tabela 2. Medidas realizadas pelo estudante 2. 
h1 (cm) h2 (cm) h3 (cm) 
17,0 56,5 96,4 
 
Tabela 3. Medidas realizadas pelo estudante 2. 
h1 (cm) h2 (cm) h3 (cm) 
17,5 57,0 97,9 
 
5- Anotamos na Tabela 4 as medidas obtidas independentemente e tiramos a 
média. 
 Estudante 1 Estudante 2 Estudante 3 Média (cm) 
h1 (cm) 17,0 17,0 17,5 17,2 
h2 (cm) 56,0 56,5 57,0 56,5 
h3 (cm) 94,0 96,4 97,9 96,1 
6- Anotamos a temperatura ambiente: tA = 27,0 ° C. 
7- Medimos o comprimento máximo que a coluna de ar pode ter no cano utilizado: 
hmax = 1,105 m. 
8- Medimos, com um paquímetro, o diâmetro interno do cano: dint = 47,55 mm. 
 
QUESTIONÁRIO 
1. Determine a velocidade do som: 
 V (m/s) 
A partir de h1 (médio) sem considerar a “correção de extremidade” 302,72 
A partir de h1 (médio) considerando a “correção de extremidade” 327,83 
A partir dos valores médios de h1 e h2 345,84 
A partir dos valores médios de h2 e h3 348,48 
 
2. Determine a velocidade do som pela média dos três últimos valores da questão 
1. 
v = 340,72 m/s 
 
3. Calcule a velocidade teórica do som no ar, utilizando a equação termodinâmica: 
V = 331 + (2/3)T em m/s 
Onde 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 do som 
aumenta 2/3 m/s) 
v = 331 + (2/3).27 
v = 331 + 18 
v = 349 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). 
ε = (340,72 – 349)/ 349 
ε = - 0,0237 
ε = - 2,37% 
 
5. Quais as causas prováveis dos erros cometidos na determinação experimental 
da velocidade do som nesta pratica? 
A causa mais provável é a limitação do ouvido humano para notar o momento 
de ápice do som produzido no experimento. Aliado a isso, outro fator que 
dificultou a precisão foi a execução simultânea de vários experimentos 
semelhantes na mesma sala somados as conversas entre os membros das 
equipes. 
 
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. 
Como a distância esperada entre um nó e o outro consecutivo está entre 39,3 e 
39,6 cm, vemos que não seria possível, com o tubo utilizado nesse experimento, 
encontrar outro máximo de intensidade sonora, pois este estaria 
aproximadamente a 1,355 m quando o tubo só tem 1,105 m. 
 
7. A velocidade do som no ar a 30° C é 351 m/s. Qual a velocidade do som no ar a 
essa temperatura em km/h? 
v(km/h) = v(m/s) . 3,6 
v = 1263,6 km/h 
 
8. Quais seriam os valores de h1, h2 e h3 se o diapasão tivesse a frequência de 880 
Hz? 
Considerando que a velocidade seria a mesma, com o dobro da frequência o 
comprimento de onda seria dividido por 2. Assim, teríamos: h1 = 8,6 cm, h2 = 28,2 
cm, h3 = 48,1 cm. 
 
 
CONCLUSÃO 
Concluímos a prática conhecendo o fenômeno da ressonância, bem como as suas 
características e consequências. Vimos ainda, que através da ressonância podemos 
estimar a velocidade do som naquele ambiente. 
Alguns fatores podem ter motivado a diferença entre o valor teórico e o 
experimental da velocidade do som encontrados nesta prática, como limitação do 
ouvido humano e conversas entre os alunos na hora do experimento. 
Apesar desses fatores, o erro de -2,37% demostra que o experimento foi 
realizado com sucesso e que é bastante válido para realizar estimativas com precisão. 
Por fim, consideramos essa prática bem proveitosa e de fundamental 
importância para o conhecimento do aluno de engenharia. 
 
 
BIBLIOGRAFIA 
ROTEIRO DE AULAS PRÁTICAS DE FÍSICA 2017 – UFC 
 
Ressonância 
Disponível em: http://fisicasonora.blogspot.com.br/2013/02/ressonancia.html 
Acessado em 24/09/2017 às 17:30h. 
Modos Normaisde Vibração. Ressonância num Tubo Fechado 
Disponível em: 
http://www.ifba.edu.br/fisica/nfl/fge2/praticas/ressonanciaEmTubosFechados.html 
Acessado em 24/09/2017 às 18:10h. 
Figura 1 
Disponível em: http://estruturandocivil.com.br/2016/08/16/causa-do-colapso-da-
ponte-de-tacoma-narrows/ 
Acessado em 24/09/2017 às 18:20h. 
Figura 2 
Disponível em: 
http://www.universiaenem.com.br/sistema/faces/pagina/publica/conteudo/texto-
html.xhtml?redirect=64878778258138274592372477288 
Acessado em 24/09/2017 às 19:10h. 
Figura 3 
Disponível em: ROTEIRO DE AULAS PRÁTICAS DE FÍSICA 2017 - UFC