RELATÓRIO FÍSICA EXP 08.

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
FÍSICA EXPERIMENTAL PARA ENGENHARIA
PRÁTICA 8 – VELOCIDADE DO SOM 
Aluna: 
Matrícula: / Turma 023A
Professor: Gean Carlo Zanatta
Data da prática: 04/09/2018 – 16:00 às 18:00 h
FORTALEZA
2017 
Índice
 
1- Objetivos...........................................................................................................03
2- Material Utilizado............................................................................................. .03
3- Introdução.........................................................................................................04
4- Procedimento Experimental..............................................................................05
5- Questionário .................................................................................................... 07
6- Conclusão.........................................................................................................09
7- Referências.......................................................................................................10
· OBJETIVOS:
· Determinação da velocidade do som no ar como uma aplicação de ressonância. 
· Determinação da freqüência de um diapasão. 
· MATERIAIS:
1. – Cano de PVC com êmbolo;
2. – Celular com o aplicativo de “gerador de freqüência”. 
3. – Diapasão de frequência desconhecida;
4. – Martelo de borracha;
5. – Termômetro digital; 
6. - Paquímetro;
7. - Trena.
Foto 1: Alguns dos materiais utilizados durante a prática 8 (Fonte: Do autor)
· INTRODUÇÃO: 
Em Física o som se trata de ondas mecânicas longitudinais. Ondas mecânicas podem ser definidas como ondas que necessitam de um meio material para se propagar. Nelas há o transporte de energia cinética e potencial e são regidas pelas Leis de Newton. Ondas Longitudinais são ondas causadas por vibrações com mesma direção da propagação.
Os sons podem ser representados graficamente por ondas periódicas e estas são caracterizadas por uma freqüência, período, amplitude, comprimento de onda e velocidade. A freqüência de uma onda sonora é uma grandeza física da ondulatória que indica o número de ciclos (oscilações) durante um período de tempo. A freqüência de um som define se este tem a possibilidade de ser audível para um determinado tipo de corpo ou não, como também caracteriza um timbre, podendo ser “agudo” (alta freqüência relacionada) ou “ grave” (baixa freqüência relacionada). Além disso, a freqüência de uma onda sonora contribui para a ressonância do som, podendo ser alcançada quando o som coincide com a freqüência de um determinado material, fazendo com que esta onda apresente um ganho em sua intensidade (MATOS, 2013)
A amplitude de uma onda sonora é a medida da extensão de uma perturbação durante um ciclo da onda. Quanto maior for a amplitude de uma onda sonora, maior será a sua intensidade, o que causa um maior transporte de energia em um meio. O comprimento de uma onda sonora é a distância entre valores repetidos num modelo de onda, ou seja, entre seus mínimos ou máximos (cristas ou vales da onda). Esta medida é normalmente representada pela letra grega ‘lambda’ (λ). A velocidade do som é a distância que uma onda sonora percorre por unidade de tempo. Ou seja, é a velocidade a que uma perturbação se propaga. Sabendo a velocidade de propagação de um som é possível calcular o tempo que o som demorou a percorrer um determinado espaço. Esse conceito é usado em alguns sensores de ultra-som.
 
Foto 2: Comprimento e amplitude de uma onda sonora. (Fonte:https://anasoares1.files.wordpress.com/2011/01/onda11.png)
Quando um corpo que está em repouso recebe uma perturbação / excitação vibratória cuja freqüência da perturbação é igual a uma de suas freqüências próprias de vibração, o corpo instantaneamente inicia uma vibração com a freqüência adquirida; a esse fenômeno é dado o nome de ressonância. Foi descoberta por Galileu Galilei em 1602, quando ele estava estudando pêndulos. Seus conhecimentos foram aprimorados por diversos estudiosos com o passar do tempo. Este processo pode ser utilizado para encontrar a velocidade do som no ar.
· PROCEDIMENTO: 
O processo da “Prática 8 – Velocidade do som” se deu inicialmente com uma pequena explicação e aprofundamento sobre fundamentos correlacionados com o tema, como: vibrações, fenômenos ondulatórios, ressonância, etc. Em seguida a turma foi dividida em equipes, de três pessoas por bancada, onde cada equipe possuía seu material de apoio. (Listados na parte “Materiais” desde relatório.)
PROCEDIMENTO 1: Determinação da velocidade do som do ar.
Um dos membros da equipe utilizando seu celular com o aplicado “gerador de freqüência”, ajustou-o para uma frequência de 560 Hz. Em seguida foi posto o auto-falante do celular próximo a boca do cano de PVC, cerca de 1,0 de distancia. Em seguida, mantendo-se o celular soando na boca do cano, movimentou-se o êmbolo de modo a aumentar o comprimento da coluna de ar do cano. Atentando-se então à intensidade sonora, mediu-se sempre que o comprimento máximo h1 era atingido. 
Tabela 1.1 - Medidas realizadas pelo estudante 1.
	h1 (cm)
	h2 (cm)
	h3 (cm)
	h4 (cm)
	10,8
	34,8
	67,7
	100,8
Tabela 1.2 - Medidas realizadas pelo estudante 2.
	h1 (cm)
	h2 (cm)
	h3 (cm)
	h4 (cm)
	11,3
	42,9
	71,7
	102,2
Tabela 1.3 - Medidas realizadas pelo estudante 3.
	h1 (cm)
	h2 (cm)
	h3 (cm)
	h4 (cm)
	12
	40
	65,7
	104,2
Com os dados obtidos, chegou-se a um valor médio na tabela a baixo:
Tabela 1.4 – Medidas individuais e valores médios.
	
	Estudante 1
	Estudante 2
	Estudante 3
	Média (cm)
	h1 (cm)
	10,4
	11,3
	12
	11,23
	h2 (cm)
	34,8
	42,9
	40
	39,23
	h3 (cm)
	67,7
	71,7
	65,7
	68,37
	h4 (cm)
	100,8
	102,2
	104,2
	102,4
· Anotou-se a temperatura ambiente - tA = 22,4ºC
· Mediu-se o comprimento máximo que a coluna de ar pode ter no cano utilizado – hmáx = 100,5 cm.
· Mediu-se, com um paquímetro, o diâmetro interno do cano – Dint = 4,7 cm.
PROCEDIMENTO 2: Determinação da freqüência de um diasapão.
Repetiu-se o procedimento anterior utilizando o diasapão no lugar do celular. Um dos alunos ficou controlando o êmbolo do cano de PVC, enquanto outro golpeava a parte de borracha do martelo no diapasão e prestava-se atenção na variação do som à medida que o êmbolo era movimentado no interior do cano. Quando o som ouvia-se em sua maior intensidade, parava-se o embolo e mediam-se quantos centímetros de êmbolo haviam sido percorridos. Repetiu-se esse procedimento três vezes por três graduandos diferentes e seus resultados de medidas independentes foram postos na tabela abaixo:
Tabela 1.4 – Medidas individuais e valores médios.
	
	Estudante 1
	Estudante 2
	Estudante 3
	Média (cm)
	h1 (cm)
	19,4
	16,8
	16,3
	17,5
	h2 (cm)
	50,4
	52,9
	55,7
	53,0
	h3 (cm)
	91,6
	95,2
	95,0
	93,9
· QUESTIONÁRIO: 
01º) Determine a velocidade do som:
	
	V (m/s)
	A partir dos valores médios de h1 e h2
	560
	A partir dos valores médios de h2 e h3
	1187,2
	A partir dos valores médios de h3 e h4
	1904
	Valor médio:
	1217,1
Sabendo que V=2·h·f, podemos calcular cada uma das velocidades nos itens anteriormente citados, porém como o meio que se forma na boca do cano não se localiza exatamente nessa posição e sim um pouco para fora, cerca de 0,6 do raio interno do cano. Utiliza-se λ/4 ao invés de λ/2.
	A partir dos valores médios de h1 e h2
	h1 = 11,23 e h2 = 39,23 , h1-h2 = (11,23 + 39,23)/2 = 25,23cm = 0,25 m
V= (4·h)·f -> V= 4·0,25·560 = 560 m/s
	A partir dos valores médios de h2 e h3
	H2 = 39,23 e h3 = 68,37 , h2-h3 = (39,23 + 68,37)/2 = 53,8cm = 0,53 m
V= (4·h)·f -> V= 4·0,53·560 = 1187,2 m/s
	A partir dos valores médios de h3 e h4
	H3 = 68,37 e h4 =102,4 , h3-h4 = (68,37 + 102,4)/2 = 85,38cm = 0,85 m
V= (4·h)·f -> V= 4·0,85 ·560 = 1904 m/s
02º) Calcule a velocidade teórica do som do ar, utilizando a equaçãotermodinâmica:
V = 331 + 2T/3 em m/s
Onde T é a temperatura ambiente, em graus Celsius. (A velocidade do som no ar a 0ºC é 331m/s. Para cada grau centígrado acima de 0ºC, a velocidade do som aumenta 2/3m/s) 
Portanto: V =331 + (2·22,4)/3 -> V = 345,9 m/s	
03º) Calcule o erro percentual entre o valor da velocidade de propagação do som no ar obtido experimentalmente (questão 1) e o calculado teoricamente (questão 2).
Erro % = (Valor teórico – Valor exp.) x100 = 345,9 - 1217,1 x 100 = 245,89%
 Valor teórico 1217,1
04º) Quais as causas prováveis dos erros cometidos na determinação experimental da velocidade do som nesta pratica?
Alguns dos fatores que contribuíram para esses erros foram à falta de habilidade dos alunos em identificar o ponto mais intenso do som devido ao barulho excessivo e interferência das outras equipes e do ambiente externo. Isso pode ter gerado uma aferição incorreta, o que acarretou esse enorme erro % significativo.
 05º) Nesta prática foram observadas experimentalmente quatro posições de máximos de intensidade sonora. Calcule as posições esperadas para o quinto e o sexto máximo de intensidade sonora. Esses máximos poderiam ser observados com o material utilizado nesta experiência? Justifique.
De acordo com os valores obtidos, os pontos se repetiam entre 28 cm a 34 cm ( 31 cm em média) um do outro, assim pode-se fazer uma projeção e o quinto ponto teria um comprimento aproximado de 133,4 cm, por conseguinte o sexto teria 164,4 cm. Os máximos em questão não poderiam ser observados com o material da prática em razão de o comprimento do cano utilizado seria insuficiente para a medição de mais um ponto de ressonância, pois ele só vai até 110,5 cm.
06º) Qual a freqüência do diapasão fornecido?
Podemos calcular a freqüência do utilizando a fórmula F = 1/T.
F = 1 / 31 :. F = 0,032. :. 320 Hz.
07º) Quais seriam os valores de h1, h2 e h3 se o diapasão tivesse frequência de 660 Hz? (não considerar a correção de extremidade)
Considerando que a velocidade fosse a mesma e que praticamente dobrou-se o valor da freqüência, entende-se que os valores de h1, h2 e h3 seriam reduzidos pela metade. 
São inversamente proporcionais, portanto dobrando-se o valor de f, se reduz pela metade o valor de λ e assim conseqüentemente os valores de h1, h2 e h3 para a obtenção da mesma velocidade do som.
Então h1, h2 e h3, seriam, respectivamente: 8,75 cm, 26,5 cm e 46,9 cm.
· CONCLUSÃO:
Conclui-se que a prática 8 contribuiu de forma positiva aos discentes de graduação; que passaram a visualizar e entender melhor fundamentos relacionados a percepção do som, ondas, vibrações.
Isso permitiu determinar a velocidade do som no ar aplicando-se o princípio da ressonância. O valor da velocidade do som resultante da média aritmética dos valores obtidos experimentalmente (1217,1 m/s) e o valor teórico encontrado através do cálculo da velocidade utilizando-se a equação termodinâmica (345,9 m/s) apresentaram uma brusca disparidade. Mas acredita-se que isso se deu em razão de o valor experimental se tratar de uma média a partir de outras médias anteriores. O erro percentual entre a velocidade teórica e a velocidade obtida experimentalmente foi considerado muito alto, e acredita-se que isso se deu devido ao barulho excessivo que estava dentro do laboratório pela interferência das outras equipes e do ambiente externo o que dificultou bastante as tentativas de ouvir o melhor ponto de ressonância. 
· REFERÊNCIAS:
DIAS, N. L. Roteiro de aulas Práticas de Física. Fortaleza: UFC, 2017;
MATOS, D. Pratica 7 - velocidade do som. Disponível em: < http://www.ebah.com.br/content/ABAAAgLq8AJ/relatorio-pratica-7-velocidade-som-ufc > Acesso em: 16 setembro 2018. 
"Som e sua propagação" em Só Física. Virtuous Tecnologia da Informação, 2008-2018. Consultado em 18/09/2018 às 02:48. Disponível na Internet em http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Acustica/som.php