AULA_4_VELOCIDADE DO SOM

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
Instituto UFC virtual Licenciatura em Física 
 
 
 
 
 
 
 
Aluno: Henrique – Ednilson Henrique Barbosa 
Mat: 0293841 
Professora: Nilena Brito Maciel Dias 
 
 
 
 
 
DISCIPLINA 
LABORATÓRIO DE FÍSICA II 
 
 
 
 
 
 
 
 
AULA 4: 
VELOCIDADE DO SOM 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Caucaia – ce 
2016 
 
OBJETIVOS. 
Determinação da velocidade do som no ar como uma aplicação de ressonância. 
 
 
MATERIAIS. 
- Cano de PVC com êmbolo; 
- Diapasão de frequência conhecida; 
- Martelo de borracha; 
- Termômetro digital; 
- Paquímetro; 
- Trena. 
 
 
Fundamentos teóricos. 
A ondulatória é um dos principais e um dos mais importantes conteúdos da física. Notada 
importância não pode ser dada apenas aos estudos e observação dos fatos, pois compreendemos, 
através de experimentos, o seu valor real, ou seja, o seu significado prático e a necessidade de sua 
verdadeira compreensão para o melhor entendimento da natureza elementar de alguns corpos. O 
entendimento dos fenômenos que envolve a propagação e comportamento das ondas sonoras, são 
de extrema importância para diversos ramos da física ou qualquer outro vertente do conhecimento. 
Os estudos direcionados para o entendimento do som, sobretudo de suas propriedades, como 
velocidade, disposição das senóides estruturais e meio de propagação, representam uma importante 
ferramenta para uma real compreensão dos fatos. A importância desses estudos para a sociedade 
está representada não só no avanço tecnológico, como no desenvolvimento econômico e social de 
uma determinada nação. Nessa prática, determinamos uma das mais importantes propriedades 
estudadas pela ondulatória: a velocidade de propagação do som no ar. Utilizando um cano de PVC e 
um diapasão com frequência de 440 Hz. Notamos, pela termodinâmica, quão possível é determinar 
a velocidade do som utilizando apenas a temperatura do ar dentro do cano, para isso nos valemos 
de uma relação matemática que envolve temperatura e velocidade. Destacamos também, a 
importância do diapasão na prática, pois é a partir do som produzido por ele que foi possível 
determinarmos o comprimento de onda do som, consequentemente encontrar um valor para sua 
velocidade de propagação. 
 
PROCEDIMENTO 
 
1- Anote a freqüência do diapasão: f = ___440__Hz. 
 
2- Golpeie o diapasão com o martelo de borracha e coloque-o vibrando próximo da boca do cano de 
PVC, como mostra a Figura 4.2. 
 
3- Mantendo o diapasão vibrando na boca do cano, movimente o êmbolo de modo a aumentar o 
comprimento da coluna de ar no cano. Fique atento à intensidade sonora. Quando a intensidade 
atingir um máximo meça o comprimento h1 (meça diretamente a cavidade dentro do cano). Repita o 
procedimento de modo a obter h2 e h3. 
 
 
 
Tabela 4.1. Medidas realizadas pelo estudante 1. 
 
h1 (cm) h2 (cm) h3 (cm) 
17,5 57,5 97,0 
 
4- Fazendo um rodízio nas atividades de cada estudante para permitir medidas independentes, 
repita o procedimento anterior de modo a obter mais dois conjuntos de dados. 
 
Tabela 4.2. Medidas realizadas pelo estudante 2. 
 
h1 (cm) h2 (cm) h3 (cm) 
18,3 57,5 96,1 
 Tabela 4.3. Medidas realizadas pelo estudante 3. 
h1 (cm) h2 (cm) h3 (cm) 
17,5 57,5 96,1 
 
 
5- Anote na Tabela 4.4 as medidas obtidas independentemente e tira a média. 
 
Tabela 4.4. Medidas individuais e valores médios. 
 Estudante 1 Estudante 2 Estudante 3 Média (cm) 
h1 (cm) 17,5 18,3 17,5 17,8 
h2 (cm) 57,5 57,5 57,5 57,5 
h3 (cm) 97,0 96,1 96,5 96,5 
 
6- Anote a temperatura ambiente: tA = _26,4º C_ 
 
7- Meça o comprimento máximo que a coluna de ar pode ter no cano utilizado: hmax = _111,0 cm. _. 
 
8- Meça, com um paquímetro, o diâmetro interno do cano: dint = _dint = 47,20 mm. _. 
 
QUESTIONÁRIO 
 
1- Determine a velocidade do som: 
 
 
 V (m/s) 
A partir de h1(médio) sem considerar a “correção de extremidade”. 313,28 
A partir de h1(médio) considerando a “correção de extremidade”. 338,20 
A partir dos valores médios de h1 e h2. 349,36 
A partir dos valores médios de h2 e h3. 343,20 
 
1.1 - Para h1 médio sem considerar a correção de extremidade, utilizaremos a equação da 
velocidade vista no ponto (3.2).Nessa situação o valor para λ e dada: h1 = (λ / 4). 
Portanto, a velocidade de propagação do som é dada: V = λ x f. 
Onde: 
V = Velocidade de propagação do som; 
λ = Comprimento de onda; 
f = freqüência da fonte.(Diapasão) 
V = λ x f V = (λ x 4) x f 0,178 x 4 x 440 V = 313,28 m/s. 
1.2 - Para h1 médio considerando a correção ,utilizaremos a equação da velocidade, porém agora 
considerando a correção de 0,6R,onde R é o raio do cano calculado no item (4- 
Procedimentos).Portanto,( h1 + 0,6R) = (λ / 4) 
V = λ x f V = [0,178+ (0,6 x 0,0236)] x 4 x 440 V = 338,20 m/s. 
1.3 - Para encontrarmos a velocidade em função dos valores médios de h1 e h2.Sabendo que a 
diferença entre dois “nó” é sempre a metade do comprimento de onda. 
(h2 - h1) = λ / 2 V = λ x f V = 2 x (h2 - h1) x f V = 2 x 0,397 x 440 
V = 349,36 m/s. 
1.4 - Para encontrarmos a velocidade referente aos valores médios de h2 e h3, faremos a mesma 
coisa do item 1.3.Portanto, (h3 – h2) = λ / 2 V = λ x f 
V= 2 x (h2 - h1) x f V = 2 x 0,39 x 440 = 343,20 m/s. 
 
 
02 - Calcule a velocidade teórica ,utilizando a equação da termodinâmica: 
V = 331 + (2 / 3) x T 
Considerando a temperatura encontrada dentro do cano de 26,4º C, e utilizando a equação da 
termodinâmica dada na questão,obteremos: 
V = 331 + (2 / 3) x T V = 331 + (2 / 3) x 26,4 V = 331 + 17,60 
V = 348,60 m / s. 
 
 
03 - Determine a velocidade do som pela média dos três últimos valores da questão 1. 
Portanto, utilizaremos os três últimos valores da questão 1 para determinar a velocidade média de 
propagação do som.Chamaremos essa velocidade de VM.Portanto, 
VM = [ (338,20 + 349,36 + 343,20) / 3] VM = 343,58 m/s. 
 
 
04 - Calcule o erro percentual entre o valor da velocidade de propagação do som no ar obtido 
experimentalmente (questão 3) e o calculado teoricamente (questão 2). 
Para Calcularmos o erro percentual referente as velocidade encontradas na questões 
anteriores,faremos o módulo da diferença entre elas e depois a dividiremos pelo valor encontrado na 
(2º questão) e o multiplicaremos por 100.Portanto, 
EP = ((348,60 - 343,58) / 313,28) x 100 EP = (0,0160) x 100 EP = 1,60 %. 
 
 
05 - Quais as causas prováveis dos erros cometidos? 
Notamos, que o resultado teórico calculado pela equação da termodinâmica é o mais próxima do 
valor real para a velocidade de propagação do som no ar a temperatura encontrada.Segundo, que 
no momento dos teste a maneira de “bater” com diapasão no cano conta muito para se obter um 
resultado mais exato, nesta situação cada aluno bate com intensidades diferentes o que pode ter 
sido determinante para os resultados. 
 
 
06 - 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. 
Sim. O resultado para outros valores de máximos depende diretamente do tamanho do cano, em 
termos de comprimento. Fazendo uma analise dos resultados obtidos notamos que o comprimento 
de onda é constante, ou seja, a distância entre dois máximo dentro do cano de PVC sempre será a 
metade do comprimento de onda . Para os teste apresentados faremos uma previsão de uma 
medida média para h4 de acordo com as medidas realizadas no laboratório. 
 
 
07 - Quais valores de h1, h2 e h3 se o diapasão tivesse a freqüência de 660 Hz?(não considerar a 
correção de extremidade). 
Utilizando a equação da velocidade de propagação do som no ar. 
CONCLUSÃO. 
É notável a importância dos estudos relacionados à ondulatória para o avanço e desenvolvimento de 
uma determinada nação, pois o real entendimento dos conceitos e regras que a envolve permite 
uma ampliação do entendimento das características ondulatórias de um determinado objeto na 
natureza e o seu comportamento em termos de velocidade depropagação.Na prática, percebemos o 
quão importante é a correta interpretação dos fatos analisados, e que a facilidade de encontrar 
falhas é diretamente proporcional a atenção dada à coleta dos dados referentes a determinação da 
velocidade de propagação do som no ar, o que pode, por consequência prejudicar os cálculos 
associados aos valores das velocidades. 
Outro ponto de grande destaque durante a realização da prática,foi o modo diferente com que os 
alunos “batiam” com o diapasão na extremidade do cano, ou seja, cada aluno batia o diapasão 
contra o cano com intensidades de forças diferentes, algo que nos trouxe uma variação errônea no 
cálculo da média do deslocamento do embolo e, mais uma vez, nos deu percentuais de erro para as 
velocidades. 
 
 
REFERÊNCIAS. 
Dias,Nildo Loiola.Roteiros de Aulas Práticas de Física. 
Resnick Halliday, Fundamentos de física.Vol2.Gravitação e ondulatória