Relatorio FisicaII

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS 
CENTRO DE ENGENHARIAS 
ENGENHARIA GEOLÓGICA 
 
 
FÍSICA PARA ENGENHARIA II 
 
 
RELATÓRIO DO EXPERIMENTO DE 
 
TUBO DE CHAMAS 
 
 
 
 
 
 
MARCELO AUGUSTO DALLMANN 
MATEUS DOS SANTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
13/05/2019 
 
 
 
 
Resumo 
O presente relatório abordará o experimento da disciplina de física para 
engenharia II, realizado na nona semana do semestre com o objetivo de melhor 
compreender as ondas mecânicas, no caso as ondas longitudinais estacionárias através 
do tubo chamas (tubo de Rubens), que tem como objetivo a visualização dessas ondas 
através do fogo, a partir da variação de pressão causada pelo alto-falante no tubo. 
Introdução 
O Tubo de Chamas é um aparato experimental tradicionalmente usado para 
demonstrar a existência de ondas sonoras estacionárias em tubo. 
O experimento consiste de um tubo de aproximadamente 80 cm, fechado 
em uma das extremidades com a entrada de gás e tendo um alto falante na outra 
extremidade. Ao longo do tubo, longitudinalmente há uma série de pequenos 
furos com espaçamentos de 1 cm. O gás (GLP) e injetado no tubo e sai pelos 
furos, inflamando o gás que sai pelos furos tem se uma linha de chamas cuja 
altura pode ser controlada pela vazão imprimida ao gás. 
Ao ligar o alto falante as ondas diretas e refletidas se superpõem formando uma onda 
estacionária. Como pode ser visto na figura 1 nos ventres da onda estacionária há uma 
rarefação de gás produzindo os vales da onda de chama, enquanto que nos nós da onda 
estacionária ocorremos uma condensação de gás formando os picos da onda de chama. 
A geração do sinal de áudio será feita por um programa de áudio de computador, serão 
usados sinais de notas musicais, com frequência fixa e músicas que apresentam 
frequências variadas. 
 
Figura 1: Esquema mostrando onde as ondas de chamas se formam. 
 
As ondas estacionárias aparecem muito frequentemente nos meios limitados. Quando a onda 
chega aos limites do meio, nos quais nenhuma transmissão de energia para o exterior é 
possível, reflete-se e volta no sentido oposto. Na figura 2, a onda que se propaga para a direita 
pode ser expressa por: ξ1 = A.sen (ωt - k.x) e a onda refletida, que se propaga para a esquerda 
(inversão do sinal de u), por: ξ2 = A.sen (ωt + k.x). As perturbações ξ1 e ξ2 somam-se de 
acordo com o princípio da superposição (figura 3): 
ξ = ξ1 + ξ2 
ξ (x,t) = A.sen(ωt - kx) + A.sen(ωt + kx) = 2A.coskx.senωt 
 
Figura 2: Onda propagada para a direita e onda refletida para esquerda. 
 
Podemos visualizar a forma da onda estacionária na figura abaixo, onde se distingue os 
"ventres" e os "nós", correspondentes a uma distância de λ /2. 
 
 
Figura 3: Onda estacionária. 
 
Ondas estacionárias em tubo fechado. 
Na extremidade fechada de um tubo, a onda sonora exibe um nó, isto é, uma região de 
compressão ou rarefação máximas. As ondas estacionárias, nesse caso, podem ter 
comprimentos de onda: 
 λ1 = 4L (modo fundamental ou 1° harmônico) 
λ3 = λ1 / 3 (2° harmônico) 
 λ5 = λ1 / 5 (3° harmônico) 
 λ7 = λ1 / 7 (4° harmônico) 
 
 
Figura 4: Ondas estacionarias em tubos fechados. 
 
Som, um objeto que vibra, como um alto-falante, movimentando-se para frente e para trás, 
repetidamente, gera regiões de compressão e de rarefação que se propagam no ar com a 
velocidade (de módulo VS) da onda sonora. 
 
Figura 5: Ondas longitudinais. 
Cada movimento de vai e vem constitui uma oscilação. O número de oscilações por unidade de 
tempo é a frequência da onda (f) e a distância percorrida pela onda na unidade de tempo é o 
comprimento de onda (l), de modo que: VS = λ . f 
A velocidade de propagação de qualquer onda sonora num dado meio é sempre a mesma e 
independente da sua frequência, de modo que a frequência é inversamente proporcional ao 
comprimento de onda. Além disso, a constância da velocidade de propagação garante que 
uma música, por exemplo, seja percebida do mesmo modo a qualquer distância da fonte. A 
velocidade de propagação de uma onda numa corda é dada, em módulo, por: VC= (F/m) ^ ½. 
onde F é o módulo da tensão e m a massa por unidade de comprimento da corda. 
 
 
Procedimentos experimental 
Materiais utilizados: 
- 01 cano de metal com 60 mm de diâmetro 
- 01 CAP. 
- 01 válvula de gás 
- 03 luvas 
- 02 bases de apoio em M.D.F. 
- 01 botijões de gás GLP 
- 01 alto falante (Aproximadamente 2W RMS)/ 
Liberando o gás para o tubo, acende-se as chamas que fluem através dos 
pequenos orifícios ao longo do tubo, e ligando o som em uma frequência constante que 
flui para dentro do tubo, pode-se notar o comportamento das ondas mecânicas através 
das chamas. 
 
Figura 6- esquema representando o experimento. 
 
Figura 7- tubo de chamas e equipamentos utilizados na sua construção. 
Resultados 
Obtidos através de perturbação sonaras variando entre 0 – 1200hz. 
 
Figura 8- Sem pertubação no meio (0 hz) 
Figura 9- Ondas a 220hz, criando dois pontos de pressão constante. 
 
Figura 10- Ondas a 470hz, com dois pontos de pressão constante. 
 
Figura 11- Ondas a 600hz, com dois pontos de pressão constante. 
 
Figura 12- Ondas a 700hz, com 3 pontos de pressão constante. 
 
Figura 13- Ondas a 850hz, com quatro pontos de pressão constante. 
 
Figura 14- Ondas a 1000hz, possuindo indícios da criação do quinto 
 ponto de pressão constante ao longo do tubo. 
 
Figura 15- Ondas a 1157hz, com 5 pontos de pressão constante. 
 
Conclusão 
O presente relatório levou a uma melhor compreensão das ondas mecânicas a 
partir da construção e análise dos dados observados durante o experimento. Foi possível 
visualizar através das chamas, as ondas longitudinais estacionárias formadas pela 
propagação do som dentro do tubo. analisando a fórmula v= 𝜆.f , pode-se compreender 
que as ondas entre 0 a 20hz, o ouvido humano não consegue perceber as ondas. Já 
durante o experimento se visualizou a formação de ondas a partir de 200 hz, pois o 
comprimento das ondas são maiores que o tubo. Percebeu-se também que a medida que 
se aumenta a frequência existe a tendência de se aumentar os pontos ao longo do tubo, 
onde a pressão é constante (pois a uma redução do comprimento de onda). 
 
 
Referências: 
Resnik e Halliday – Fundamentos da Física Vol. 2 02-16 
www.ifi.unicamp.br/%7Elunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_s 
em2_2004/930365_Derik_Dirceu_RF.pdf