PCC 3

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UNIP INTERATIVA UNIVERSIDADE PAULISTA - EAD 
CURSO DE LICENCIATURA EM FÍSICA 
 
 
 
RAFAELA SILVA CESCA 
RA:1929469 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA COMO COMPONETE CURRÍCULAR (PCC) – FÍSICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DOURADOS – MS 
2020 
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RAFAELA SILVA CESCA 
RA:1929469 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA COMO COMPONETE CURRICULAR (PCC) - FÍSICA 
3° SEMESTRE - LABORATÓRIO CASEIRO: TUBO DE ENSAIO ADAPTADO 
COMO TUBO DE KUNDT PARA MEDIR A VELOCIDADE DO SOM NO AR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DOURADOS – MS 
2020 
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SUMÁRIO 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................ 4 
1.1. Ondas sonoras .............................................................................. 4 
1.2. Velocidade do som..........................................................................5 
1.3. A percepção do som.......................................................................7 
1.4. Propriedade de ondas sonoras.......................................................8 
1.5. Ressonância ................................................................................. 9 
2. OBJETIVOS .......................................................................................... 10 
2.1. Objetivos específicos .................................................................. 10 
3. EXPERIMENTO EM SALA DE AULA.....................................................10 
4. RESULTADOS ESPERADOS................................................................12 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................13 
 
4 
 
1. INTRODUÇÃO 
Num sentido amplo, uma onda é qualquer sinal que se transmite de um 
ponto a outro de um meio com velocidade definida. Em geral, fala-se de onda 
quando a transmissão do sinal entre dois pontos distantes ocorre sem que haja 
transporte direto da matéria de um desses pontos ao outro. 
Assim, para uma onda na superfície da água, pode-se associar o sinal, 
por exemplo, com uma crista, onde a elevação da água é máxima. A onda 
transporta energia e momento: uma onda provocada por uma lancha 
deslocando-se sobre a superfície tranquila de um lago sacode um barco distante 
ao atingi-lo. 
As ondas transportam energia, sem envolver transporte de matéria. 
Portanto ondas são perturbações periódicas ou oscilações de partículas, 
por meio das quais, muitas formas de energia propagam-se a partir de suas 
fontes. Todos os movimentos ondulatórios em um meio resultam de oscilações 
de partículas individuais em torno de suas posições de equilíbrio. Isso significa 
que uma onda progressiva é o movimento provocado por uma perturbação 
qualquer e não um deslocamento do meio em si mesmo. As ondas propagam 
somente energia, que é transferida através de átomos e moléculas da matéria. 
De um modo geral, as ondas necessitam de um meio material para se 
propagarem, exceto as ondas eletromagnéticas que se propagam no vácuo. 
Uma onda possui uma frequência (f) e um comprimento (λ). A frequência 
corresponde ao número de vezes que uma onda passa por um ponto do espaço 
num intervalo de tempo, ou seja, ao número de oscilações da onda por unidade 
de tempo em relação a um ponto. A frequência é geralmente expressa em ciclos 
por segundo ou Hertz. O comprimento de onda indica a distância entre dois 
pontos semelhantes de onda, dado em metros. 
1.1. Ondas sonoras 
As ondas sonoras são ondas longitudinais que se propagam no ar e em 
outros meios. Elas têm origem mecânica e, portanto, não se propagam no vácuo. 
A sensibilidade do ouvido humano às ondas sonoras varia de uma pessoa 
para outra; e para uma mesma pessoa, varia com a idade. Os parâmetros 
médios adotados são 20 Hz, as vibrações são chamadas de infrassons; acima 
de 20.000 Hz, chamam-se ultrassons, conforme Tabela 1. 
5 
 
 
TABELA 1. Sintetização das ondas sonoras 
Frequência (Hz) Denominação Método de excitação Aplicação 
0,5----20 Infrassons Vibração da água em 
grandes 
reservatórios, batidas 
do coração. 
Prognóstico do 
tempo, 
diagnóstico de 
doenças do coração. 
20 ---- 2.104 Sons Audíveis Voz humana e dos 
animais, 
instrumentos 
musicais, apitos, 
sereias, 
alto-falantes ... 
Para comunicação e 
sinalização, 
assim como 
para a medição de 
distâncias. 
2.104---- 1010 Ultrassons Emissores 
magnetostrictivos 
e piezoelétricos, 
apitos de Galton, 
também são 
excitados 
por alguns animais e 
insetos (morcegos, 
grilos, 
gafanhotos etc.) 
Detecção submarina 
por 
eco, limpeza e 
detecção 
de defeitos em peças 
e 
estruturas de 
construções, 
aceleração de 
reações 
químicas, 
investigação 
em medicina, 
biologia e física 
molecular. 
1011 .... Hi perssons Vibrações térmicas 
das 
moléculas 
Em investigações 
científicas. 
 
 
1.2. Velocidade do Som 
Um modelo simples para a percepção da propagação do som em um meio 
(por exemplo, numa barra longa), consiste na analogia do meio com esferas em 
repouso, enfileiradas ao longo de um tubo, muito próximas umas das outras. Ao 
impulsionarmos as esferas de uma extremidade (batendo com um pequeno 
martelo da esquerda para a direita), com uma pequena velocidade , durante um 
intervalo de tempo 𝑡, todas as esferas contidas na distância 𝐿 = 𝑣𝑡 terão sido 
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impulsionadas devido às colisões sucessivas. Observe que 𝑣 é a velocidade com 
que as colisões sucessivas foram transmitidas ao longo do tubo. Por outro lado, 
observe que, com o impulso, há um “encolhimento” 𝐿 = 𝑡 na distância 𝐿. 
Este encolhimento corresponde ao deslocamento das esferas da 
esquerda para a direita após o impulso. Portanto, a deformação devido ao 
impulso, dada por 𝐷 = 
𝐿 
𝐿
, será 𝐷 =

𝑣
 . Lembrando que o impulso das esferas 
(contidas ao longo da distância 𝐿 = 𝑣𝑡) é igual à variação de sua quantidade 
de movimento, pode-se escrever: 
𝐹 = 𝑣   
Em que: 
 𝜌 é a densidade linear da fila de esferas. 
No caso real de uma barra longa com seção reta de área A, a tensão em 
sua extremidade, dada por 𝑆 = 
𝐹
𝐴
, devido ao impulso, é: 
𝑆 =
𝜌𝐿𝑣𝜇
𝐴
 
Utilizando-se o módulo de Young 𝑌 =
𝑆
𝐷
, a velocidade com que uma 
informação é transmitida na barra é dada por: 
𝑣 = √
𝑌
𝜌
 
Para um gás ideal submetido a processos adiabáticos, como é o caso da 
propagação do som nesse meio, utilizando a expressão 𝑌 =  𝑃, teremos: 
𝑣 = √
𝛾𝑅𝑇
𝑀
 
 
Em que: 
 é a constante adiabática dada por 𝐶𝑝/𝐶𝑣; 
R é a constante universal dos gases ideais (R = 8,31 J/mol.K); 
T é a temperatura absoluta do gás; 
M é a sua massa molecular. 
 
Por ser uma onda mecânica, o som normalmente se propaga mais 
rapidamente nos sólidos do que nos líquidos, mais rapidamente do que nos 
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gases. Comparando a velocidade do som com a velocidade da luz, temos a 
Tabela 2: 
 
TABELA 2. Velocidade do som x Velocidade da luz 
SOM Vsólidos > Vlíquidos > Vgases Não se propaga no vácuo 
LUZ Vsólidos < Vlíquidos < Vgases Vácuo = c 
 
Como o som e onda, a sua velocidade (v), a sua frequência (f) e o seu 
comprimento de onda (λ) se relacionam por: v = λf. A Tabela 3 demonstra a 
velocidade do som em algumas substâncias. 
 
TABELA 3. Velocidade do som em diferentes substâncias. 
Substância Velocidade do som (m/s) 
Ar a 0º C 331 
 
Ar a 15º C 340 
 
Água a 20º C 1.482 
 
Ferro 4.480 
 
Aço 5.941 
 
Alumínio 6.420 
 
 
1.3. A percepção do som 
Há varias grandezas físicas que caracterizam um som. Intensidade é uma 
delas. As ondas sonoras podem ser mais intensas (“som forte”) ou menos 
intensas (“som fraco”). A altura e uma outra qualidade do som. E ela que nos 
permite diferenciar entre um som grave e um som agudo. Som grave e o som de 
baixa frequência; som agudo e o de alta frequência. A voz do homem é mais 
grave do que a da mulher; ou seja, a voz da mulher e mais aguda que a do 
homem. 
Uma terceira qualidade do som é o timbre. O timbrenos permite distinguir 
entre sons de mesma frequência (mesma altura) e de mesma intensidade, 
emitidos por fontes diferentes. Por exemplo, distinguimos se uma mesma nota 
musical e produzida por um piano ou por uma flauta porque o timbre do som de 
um instrumento difere do timbre de outro, pois produzem em nosso aparelho 
auditivas sensações diferentes. 
8 
 
 
1.4. Propriedades das ondas sonoras 
Uma onda sonora pode sofrer reflexão, refração, difração ou interferência. 
Somente não ocorre a polarização, porque o som se constitui de ondas 
longitudinais, não transversais. 
Vamos ao estudo da reflexão sonora. Todas as sensações correspondem 
a uma combinação entre os órgãos sensitivos e a nossa mente. Um aspecto 
comum a todas as nossas sensações é que elas não são instantâneas. 
Começam, perduram uns pequenos intervalos de tempo e se vão. A dor de uma 
alfinetada, por exemplo: Retirado o alfinete (estímulo), ela ainda continua. 
A compreensão dessa característica e o ponto básico para entendermos 
eco e reverberação. Vamos admitir que, recebida uma vibração auditiva, por 
mais curta que seja, a sua sensação perdure um décimo de segundo. Esse 
intervalo de tempo (𝛥𝑡𝑟 = 0,1𝑠) se denomina remanescência. 
Para entender o que é reverberação, suponhamos que uma pessoa 
(receptor) receba dois sons – o primeiro chega diretamente de uma fonte sonora, 
e o segundo após o som ter refletido em uma barreira qualquer. 
Quando uma pessoa recebe um segundo som antes que termine o tempo 
de remanescência do primeiro, acontece uma superposição de ambos. O 
resultado e uma sensação única, mais intensa e prolongada, chamada de 
reverberação do som. 
E o tempo de remanescência que nos dá noção das dimensões de um 
ambiente em que um som se propaga. Quando conversamos em campo aberto, 
não há reforço para o som direto; nossa voz, por exemplo, parece mais fraca, e 
os sons ficam mais curtos. 
O tempo de reverberação poderá ser prolongado se tivermos vários sons 
refletidos. Duas superfícies frontais lisas e rígidas favorecem a ocorrência desse 
fenômeno. 
Para que haja eco, o som refletido deve chegar ao receptor com um atraso 
maior do que o tempo de ramanescência. 
Por exemplo, analisando a situação de uma pessoa que esteja de frente 
para uma barreira. Ela pode ouvir o som da própria voz de dois modos: 
diretamente ou refletido na barreira. O som refletido chega de volta até ela após 
um intervalo de tempo dado por: 
9 
 
∆𝑡 = 
2𝑑
𝑣𝑠𝑜𝑚
 
 
Ocorre o fenômeno eco quando 𝛥𝑡 > 𝛥𝑡𝑟 (𝛥𝑡𝑟 = 0,1𝑠). Considerando-
se a velocidade do som no ar 340 m/s, uma pessoa deve estar a 17 m de uma 
barreira para ouvir o eco da própria voz. 
1.5. Ressonância 
Qualquer sistema mecânico possui um ou mais modos de vibração livre. 
A cada um dos modos de vibrar corresponde uma frequência que chamamos de 
frequência natural. Uma corda fixada em seus dois extremos possui vários 
modos de vibração. Um que chamamos de modo fundamental, e os outros, 
formados de frequências múltiplas do modo fundamental, que chamamos de 
modos harmônicos. 
É possível, no entanto, fazer uma corda vibrar com a frequência que 
quisermos. Claro que não será uma oscilação livre. Quando temos uma fonte 
forçando um sistema qualquer a oscilar, ocorre uma oscilação forçada. 
Podemos segurar um balanço infantil, leva-lo para lá e para cá com a 
frequência que bem quisermos. Contudo, se o sentido da força aplicada for 
sempre o sentido do movimento do balanço, a amplitude aumentará cada vez 
mais; conseguiremos esta condição se alternarmos o sentido da força conforme 
se alterna o sentido do movimento do balanço. Ou seja, a frequência da força 
oscilante deve ser igual à frequência natural do balanço; nessa condição, 
dizemos que o oscilador entra em ressonância com a força oscilante. A condição 
de ressonância é, portanto: 
𝐹𝑓𝑜𝑛𝑡𝑒 = 𝐹𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎𝑠 
Ao ocorrer à ressonância, há uma transfer6encia contínua de energia da 
fonte para o sistema, cuja amplitude de vibração vai aumentando. Isso ocorre 
até o instante em que a energia dissipada por eventuais amortecimentos passa 
a equivaler à energia fornecida pela fonte. A partir desse instante, a amplitude 
se mantém. Durante os terremotos, por exemplo, os edifícios entram em vibração 
forçada. Curiosamente, no Japão, país constantemente atingido por abalos 
sísmicos, verificou-se que, grosso modo, os prédios mais altos eram menos 
10 
 
atingidos em suas estruturas do que os mais baixos, por terem frequência natural 
mais distante da oscilação forçada. 
A sintonização das estações num rádio constitui um exemplo de 
ressonância elétrica. Quando giramos o botão do sintonizador, fazemos com que 
a frequência da corrente alternada no aparelho se torne igual à das ondas 
emitida pela estação transmissora. 
Os fornos de micro-ondas também são exemplos de ressonância em que 
as moléculas de água absorvem seguidamente a energia radiante, obtendo-se 
assim um aquecimento sem chamas. Também a fragmentação de cálculos 
renais com o uso de ultrassom é uma importante aplicação de ressonância na 
medida, que pode muitas vezes evitar os inconvenientes de uma cirurgia. 
 
2. OBJETIVOS 
Este trabalho tem com objetivo propor, com diferentes materiais, uma 
nova forma de medir a velocidade do som no ar, em nível de Ensino Médio, 
envolvendo conceitos da disciplina de Oscilações e Ondas. 
2.1. Objetivos específicos 
• Compreender sobre a teorias de oscilações e ondas e a velocidade 
do som; 
• Realizar atividade experimental de baixo custo do conteúdo 
abordado. 
 
3. EXPERIMENTO EM SALA DE AULA 
Os materiais necessários para realização do experimento serão: 
• Balde com água com altura mínima de 50 cm; 
• Cano de PVC de 50 cm e diametro 32mm; 
• Régua de 30 cm; 
• Termômetro; 
• Notebook; 
• Programa gerador de frequência (VSOM). 
11 
 
 O(A) professor(a) escolherá três alunos (aluno 1, aluno 2 e aluno 3) para 
o(a) auxiliar. O (A) professor(a) ficará responsável por manusear o programa 
VSOM. O professor utilizará um conjunto de 8 arquivos com extensão ''wav'', 
gerados com a utilização do software TTG [7]. Os arquivos produzem áudios nas 
frequências de 1200, 1600, 2000, 2400, 2800, 3200, 3600 e 4000 Hz. 
O aluno 1 medirá a temperatura ambiente do local e deverá anotá-la. 
O professor executará o programa gerador de áudio para a frequência de 
1200 Hz. 
Para montagem do experimento, a régua deve estar colada ao cano de 
PVC. O aluno 2 introduzirá o cano de PVC dentro do balde com água, 
lentamente, para que o comprimento da coluna de ar no cano diminua. Ao 
mesmo tempo, o aluno deve colocar o ouvido próximo do cano à outra 
extremidade para que a ressonância seja percebida. Quando a ressonância for 
atingida, através da reflexão das ondas na superfície da água no interior do tubo, 
deve-se ter a impressão de que essas ondas estão sendo emitidas de dentro do 
tubo. 
Pela percepção sonora, o aluno 3, ajustará minimamente a posição 
vertical do tubo e medirá a distância L1 da extremidade superior do tubo até a 
lâmina d’água, (como o interesse será na distância entre pontos referentes a 
duas ressonâncias consecutivas pode-se medir, por comodidade, a distância da 
extremidade livre do cano até a borda do balde). 
Este processo deve ser repetido, diminuindo a coluna de ar e alterando 
as frequências até ao valor de 4000 Hz. Meça e anote a nova distância L3 da 
extremidade superior do tubo até a lâmina d'água (ou até a borda do balde). 
Os alunos deverão fazer uma Tabela, com os valores obtidos, conforme 
Tabela 4. 
 
 
 
 
12 
 
TABELA 4. Resultados obtidos do experimento 
FREQUÊNCIA (Hz) L1(cm) L3(cm) L5 (cm) 
1200 
1600 
2000 
2400 
2800 
3200 
3600 
4000 
Através das distâncias 𝐿1, 𝐿3 e 𝐿5 os alunos deverão calcular as 
diferenças 𝐿1 = 𝐿3 – 𝐿1 𝑒 𝐿2 = 𝐿5 – 𝐿3. Obtendo-se a diferença, 𝐿 entre 
duas distâncias𝐿 consecutivas, para cada frequência 𝑓, os alunos produzirão o 
gráfico 𝐿 versus 𝑓. 
Os alunos calcularão a velocidade das ondas sonoras por meio da 
equação abaixo: 
𝑣 = 2∆𝐿𝑓 
Os alunos deverão analisar quais foram as maiores e menores 
velocidades obtidas. 
4. RESULTADOS ESPERADOS 
A expectativa do experimento é de que os alunos possam compreender 
sobre a teoria e prática da velocidade do som. 
Espera-se que o uso de atividades experimentais aumente o interesse dos 
alunos na disciplina. 
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5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
Halliday, D., Resnick, R., Fundamentos de Física 2 (1977). Rio de Janeiro: 
Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. (LTC); 
Nussenzveig, H.M. Curso de Física Básica 2: Fluidos, Oscilações e Ondas, 
Calor, 4ª edição, Editora Edgard Blücher, 2002. 
Silva, W. P., Cleide M. D. P. S., Fereira, T. V., Rocha, J. S., Silva, D. D. P. S., 
Silva, C.D. P. S., Velocidade do Som no Ar: Um Experimento Caseiro com 
Microcomputador e Balde d' Água (2003). Revista Brasileira de Ensino de 
Física, Volume 25, Número 1; 
Software VSOM: Disponível em www.extensao.hpg.com.br Acesso em 01 Abril. 
2020 
Tipler, Paul A. Física, V.2, LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora S. A., 
Rio de Janeiro, 3a Edição (1995), pag. 152 
 
 
 
 
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ANEXOS