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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS CURSO: BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE ONDAS E TERMODINÂMICA NOTA EXPERIMENTO 7: INTERFERÊNCIA DE ONDAS E MODOS NORMAIS – DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DO SOM NO AR PROF. JOSÉ LUIZ ALUNO(A): TURMA: DATA: 1 – OBJETIVO: Observar as relações existentes entre a freqüência e o comprimento de onda de uma onda sonora e, utilizando a condição de uma onda estacionária ressonante, determinar a velocidade do som no ar. 2 – FUNDAMENTO TEÓRICO: A velocidade de propagação de uma onda sonora pode ser obtida pela equação v= . f onde λ é o comprimento de onda do som e f é a freqüência de vibração da mesma. O comprimento de uma onda sonora pode ser determinado por meio experimental confinando a onda em uma coluna de ar dentro de um tubo fechado em uma de suas extremidades. O estado estacionário é atingido quando o comprimento da coluna de ar L for igual a um múltiplo ímpar de um quarto de comprimento de onda, ou seja, quando Ln= n. 4 com n=1,3, 5,7, 9,. .. (números ímpares) A Fig. 01 mostra o fenômeno de ressonância para o primeiro e o terceiro harmônico na coluna de ar de um tubo parcialmente cheio de água. A onda sonora viaja pelo ar até encontrar a superfície da água, neste ponto parte da onda sonora é difratada e parte é refletida. Esta parte refletida interage com a onda incidente produzindo os harmônicos. A coluna de ar (meio que ocorre a ressonância) pode aumentar ou diminuir quando se altera o nível da água dentro do tubo. Dessa forma pode-se obter, por exemplo, para uma mesma freqüência vários comprimentos diferentes para a coluna de ar, que podem correspondem respectivamente à λ/4, 3(λ/4) e 5(λ/4) onde ocorre o fenômeno de ressonância. 4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4.1 – O sistema deve estar montado conforme a Fig. 02. O sistema deve ser montado conforme a Fig. 02. Observe na caixa ressoante a freqüência do diapasão e anote abaixo: fdiapasão = _________________ ; A velocidade esperada do som é de aproximadamente 340 m/s. Determine teoricamente os valores dos três primeiros harmônicos, ou seja, os valores de L1 e L3 e L5: L1 = ________________ ; L3 = _______________ ; L5 = ________________ ; Meça o tamanho total da proveta! Dproveta = ___________________. Quanto e quais harmônicos são possíveis de observar usando o tamanho da proveta? ___________________________________________________________________________________ 4.2 – Utilizar a informação anterior e colocar água na proveta com seu nível dois centímetros abaixo do valor esperado para formação do harmônico. Golpear uma das extremidades da forquilha do diapasão e colocá-lo perto da entrada da proveta. Ouça a intensidade sonora produzida. Adicione um pouco de água e repita o processo com o objetivo de medir o tamanho da coluna de ar para a maior intensidade sonora medida pelo ouvido. Utilizar a mangueira da seringa (ou um UFERSA – DCEN – Lab. Ondas e Termodinâmica________________________________________________________1 3 – MATERIAL UTILIZADO • Uma proveta; • Régua ou trena; • Diapasão e martelinho de borracha; • Seringa; • Caixa ressonante; • Béquer com água; Figura 1: Primeiro e terceiro harmônicos; Figura 02 béquer) para alterar a altura da coluna de ar contida na proveta. Na intensidade máxima as ondas sonoras entrarão em ressonância indicando a posição de um nó do harmônico na superfície da água. Cada aluno deverá realizar sua medida da localização do nó, preencher a Tab. 01 e calcular o comprimento de onda e a velocidade do som, bem como suas médias. Harmônico (n) Aluno 1 Aluno 2 Aluno 3 Aluno 4 Altura médiaLn Comprimento de onda médio λn Tabela 01 4.3 – Com os valores da Tabela 1, calcular a velocidade do som de cada harmônico. Determinar o desvio padrão da média e escreva ao lado o resultado na foma de v=v±v . Se o valor obtido for diferente do valor esperado da velocidade mencione quais poderiam ser as fontes de erro experimental? (Obs.: Considere somente a parte inteira tanto da velocidade do som como do desvio padrão fazendo o arredondamento necessário.) _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 4.4 – Usando a mesma proveta, quantos e quais harmônicos poderão ser formados para uma fonte sonora com freqüência de 1200 Hz? Use a velocidade do som encontrada no item 4.3. Explique. ______________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 4.5 – Examinar a caixa ressonante que acompanha o diapasão. Há alguma relação entre os comprimentos da caixa e os valores de Ln obtidos nas questões anteriores? ____________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 4.6 – Como localizar experimentalmente um nó e um antinodo (ventre) de uma onda sonora dentro da proveta? _______ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 4.7 – Com o que foi aprendido neste experimento, explique como você pode calcular aproximadamente a distância de queda de um raio em relação a você. _________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ 5 – CONCLUSÃO: _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ UFERSA – DCEN – Lab. Ondas e Termodinâmica________________________________________________________2 v=v±v v = ± 6 – BIBLIOGRAFIA [1] – Sears & Zemanski, Young & Freedman, Física II, Ondas e Termodinâmica, 12ª Edição, Person, 2008. [2] – Resnick, Halliday, Krane, Física 2, 5ª Edição, LTC, 2007. UFERSA – DCEN – Lab. Ondas e Termodinâmica________________________________________________________3 Equações de auxílio para o cálculo do desvio padrão da média x= ∑ i=1 N x i N = 1 N x1x2⋯xN σ= 1N−1∑i=1 N x i−x 2 x N σ σ = Universidade Federal Rural do Semi-Árido Departamento de Ciências Exatas e Naturais Curso: Bacharelado em Ciência e Tecnologia Disciplina: Laboratório de Ondas e Termodinâmica NOTA Experimento 7: Interferência de Ondas e Modos Normais – Determinação da Velocidade do Som no Ar Prof. José Luiz 5 – CONCLUSÃO: 6 – BIBLIOGRAFIA
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