Relatório Velocidade do Som 08

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Universidade Federal do Ceará – UFC 
Centro de Ciências 
Departamento de Física 
Disciplina de Física Experimental para Engenharia 
Semestre 2018.2 
 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA 08 
VELOCIDADE DO SOM 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aluno (A): Robson Nonato Oliveira da Silva 
Curso: Bacharelado em Engenharia Elétrica 
Matrícula: 413141 
Turma: 09A 
Professor: Damião Ferreira da Silva Costa 
Data de realização da prática: 06/09/2018 
Horário de realização da prática: 14:00 -16:00 
 
20/09/2018 
Sumário 
 
1. Objetivos ............................................................................................................... 01 
2. Material.................................................................................................................. 01 
3. Introdução ............................................................................................................. 02 
4. Procedimento experimental .................................................................................. 04 
5. Questionário ......................................................................................................... 06 
6. Conclusão.............................................................................................................. 08 
7. Bibliografia .......................................................................................................... 09 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Objetivos 
- Determinação da velocidade do som no ar como uma aplicação de ressonância; 
- Determinação da frequência de um diapasão. 
 
2. Material 
 
- Cano de PVC com êmbolo; 
- Celular com aplicativo “Gerador de Frequência”, que pode ser obtido em: 
https://play.google.com/store/apps/details?id=com.boedec.hoel.frequencygenerator
&hl=pt_BR 
- Diapasão de frequência desconhecida; 
- Martelo de borracha; 
- Termômetro digital; 
- Paquímetro; 
- Trena. 
 
01 
3. Introdução 
O som pode ser definido como um conjunto de vibrações produzidas por objetos 
materiais, os quais dependendo de sua natureza podem variar. Os exemplos mais 
comuns são os instrumentos musicais, os quais possuem propriedades particulares. O 
violão tem suas ondas sonoras produzidas por cordas, o saxofone por uma palheta e em 
uma flauta por uma coluna de ar formada. A esse tipo de onda dá-se o nome de 
mecânica em razão da necessidade de um meio de propagação, no caso o ar. 
A velocidade com que o som se propaga depende de diversos fatores, dentre os 
principais estão: vento, temperatura e umidade. Ao contrário do que muitos pensam, a 
velocidade independe do volume do som ou da sua frequência, a uma temperatura de 
273 K a velocidade do ar é cerca de 330m/s. Alguns fenômenos naturais podem ser 
explicados a partir do estudo do som, como exemplo tem-se o intervalo entre a 
percepção de um relâmpago e um trovão, haja vista que devido ao meio de propagação, 
o som chega após alguns segundos aos ouvidos humanos. 
A velocidade é diretamente proporcional à temperatura, haja vista que ao passo 
que aumentasse um grau a partir de 273 K, a velocidade do som aumenta 0,6m/s. Esse 
fenômeno é explicado pela natureza química do ar, pois no ar morno, as partículas 
colidem mais frequentemente, demorando assim menos tempo para percorrer uma 
determinada distância. 
Cada objeto apresenta uma frequência natural de vibração, característica essa 
resultado de muitos fatores, sendo a elasticidade e a forma os principais. A interação 
entre uma frequência natural e uma externa dá-se o nome de ressonância, marcada pela 
superposição de ondas longitudinais idênticas, resultando numa onda de maior 
amplitude, o que leva alguns materiais a vibrarem. A ponte de “Tacoma Narrows” no 
ano de 1940, foi um episódio trágico de ressonância, em que o vento forte atingiu a 
frequência natural da ponte e fez esta vibrar e colapsar. 
 
 
Figura 1: Ponte de Tacoma Norrows. Fonte: PET-Eng Civil. 
02 
 Através de experimentos pode-se verificar a velocidade do som no ar, o mais 
comum e simples é composto por um cano de PVC com altura variável, dessa forma 
pode ser utilizado tanto um êmbolo quanto uma coluna de água regulável. 
 
 
 
 Como é possivel observar na Figura 1-a, as ondas sonoras que penetram no cano 
e as refletidas no êmbolo formam uma onda estacionária, constituida por nós (pontos 
onde há interferência destrutiva) e ventres (onde há interferências construtivas). Ainda 
nessa imagem observa-se que o comprimento da coluna de ar responsável pela primeira 
ressonância equivale a λ/4. 
 Percebe-se que a medida que a coluna de ar é acrescida, são construídos novos 
pontos de resssonância, os quais obedecem à seguinte lei de formação: 
h2– h1 = λ/4 (Eq.1), onde λ é o comprimento de onda do som no ar. 
 Fazendo uma asssociação com a equação que rege a velocidade em função do 
comprimento de onda e da frequência, tem-se: 
V= λ.f (Eq.2) 
V=2(h2-h1)f (Eq.3) 
 Uma observação importante é que o ventre eu se forma na saída do cano não está 
localizado exatamente na boca do cano, estando um pouco mais externo, logo é 
necessário fazer a seguinte correção nesse valor: 
h1=(λ/4)-0,6 R (Eq.4), onde R é o raio interno do cano. 03 
Figura 2: Equipamento utilizado e onda estacionária formada. Fonte: Roteiro UDESC. 
4. Procedimento experimental 
Procedimento 1: Determinação da velocidade do som no ar. 
1.1 A frequência do Gerador de Frequências foi ajustada para 560 Hz. 
1.2 O alto-falante do celular foi colocado próximo à boca do tubo de PVC, cerca de 1,0 
cm de distância. 
1.3 Mantendo o celular soando próximo ao tubo, ajustamos o êmbolo de forma a 
aumentar o comprimento da coluna de ar no cano. Quando verificamos um pico na 
intensidade sonora, medimos o comprimento com o auxílio de uma trena e 
prosseguimos para a medição das outras três colunas de forma semelhante à primeira. 
1.4 As séries de medidas foram realizadas por três alunos diferentes e os resultados 
obtidos foram gravados nas tabelas 8.1, 8.2 e 8.3. 
h1(cm) h2(cm) h3(cm) h4(cm) 
13,10 40,30 72,10 104,30 
Tabela 8.1. Medidas realizados pelo estudante 1. 
h1(cm) h2(cm) h3(cm) h4(cm) 
12,90 43,60 73,00 103,50 
Tabela 8.2. Medidas realizados pelo estudante 2. 
h1(cm) h2(cm) h3(cm) h4(cm) 
13,10 44,50 74,40 105,70 
Tabela 8.3. Medidas realizados pelo estudante 3. 
1.5 Na tabela 8.4 anotamos as medidas e calculamos a média. 
 Estudante 1 Estudante 2 Estudante 3 Média(cm) 
h1(cm) 13,10 12,90 13,10 13,03 
h2(cm) 40,30 43,60 44,50 42,80 
h3(cm) 72,10 73,00 74,40 73,17 
h4(cm) 104,30 103,50 105,70 104,5 
 
 
04 
1.6 Anotamos a temperatura ambiente: tA= 25,4 ºC. 
1.7 Medimos o comprimento máximo que a coluna de ar pode ter no cano utilizado: 
hmax= 110,2cm. 
1.8 Medimos, com o paquímetro, o diâmetro interno do cano: dint = 4,7cm. 
 
Procedimento 2: Determinação da frequência de um diapasão. 
2.1 Repetimos o processo anterior utilizando o diapasão fornecido no lugar do celular. 
Anotamos os resultados na tabela 8.5. 
 Estudante 1 Estudante 2 Estudante 3 Média(cm) 
h1(cm) 18,30 17,50 18,2 18,00 
h2(cm) 56,50 57,30 56,40 56,73 
h3(cm) 96,20 95,50 95,00 95,57 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 05 
Cálculo das velocidades utilizando a Eq. 3: 
5. Questionário 
1) Determine a velocidade do som: 
 V(m/s) 
A partir dos valores médios de h1 e h2 317,6 
A partir dos valores médios de h2 e h3 340,1 
A partir dos valores médios de h3 e h4 350,9 
Valor médio 336,2 
 
 
h1=0,1303+(0,6 x 0,0235) = 0,1444m 
V1-2= 2(0,4280-0,1444) x 560 = 317,6 m/s 
V2-3= 2(0,7317-0,4280) x 560 = 340,1 m/s 
V3-4= 2(1,045-0,4280) x 560 = 350,9 m/s 
Vm= (317,6+340,1+350,9) / 3 = 336,2 m/s 
 
2) Calcule a velocidade teórica do som no ar, utilizando a equação termodinâmica: 
V= 331+ (2/3) T em m/s onde T é a temperatura ambiente, em graus Celsius durante o 
experimento. (A velocidade do som no ar a 0ºC é 331m/s. Para cada grau centígrafo 
acima de 0 ºC, a velocidade do som aumenta 2/3 m/s.) 
V= 331+ ((2/3) x 25,4) = 348 m/s 
3) Calcule o erro percentual entre o valor da velocidade de propagação do som no ar 
obtido experimentalmente e o calculado teoricamente. 
Valor teórico = 348 m/s ; Valor experimental= 336,2 m/s; 
Erro = ((348 – 336,2) / 348) x 100 = 3,4 % 
4) Quais as causas prováveis dos erros cometidos na determinação experimental da 
velocidade do som nessa prática? 
 Analisando o erro percentual, o qual foi de 3,4%, temos que numerosos aspectos 
que podem ter influenciado, um deles é a percepção do aumento da intensidade do som, 
06 
haja vista que devido muitas equipes estarem fazendo o mesmo procedimento no 
mesmo momento e no mesmo ambiente, isso acaba por interferir em todas as equipes. 
Após a percepção também pode haver um erro na medição do comprimento do tubo 
devido a falta de precisão da trena. Além desses fatores existe também a falta de 
colaboração entre as equipes, haja vista a ocorrência de conversas paralelas durante o 
procedimento, o que interfere de maneira negativa nos resultados. 
5) 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. 
Utilizando a velocidade média encontrada, que foi de 336,2 m/s, podemos através da 
equação 2, calcular o comprimento de onda e através da equação 3, calcular as próximas 
posições de máximo. 336,2 = λ x 560  λ = 0,600 m 
h5= (λ/4) + h4  h5= (0,600/4) + 1,045 = 1,195 m 
h6= (λ/4) + h5  h6= (0,600/4) + 1,195 = 1,345 m 
 Podemos afirmar que as próximas posições não poderiam ser observadas com o 
equipamento, pois este possui comprimento máximo de 1,10 m, o que é inferior às 
medidas posteriores. 
6) Qual a frequência do diapasão fornecido? 
Utilizando a velocidade teórica de 348 m/s e a equação 3 podemos calcular a frequência 
do diapasão: 
f =V/(2 x (h2-h1))  f1 = 348 / (2 x (0,5673-0,1800)) = 449,3Hz 
f2= 348 / (2 x (0,9557-0,5673)) = 448,0 Hz 
fM=(449,3+448,0) / 2 = 448,6 Hz 
7) Quais seriam os valores de h1, h2, h3 se o diapasão tivesse a frequência de 660 Hz? 
(Não considerar a correção de extremidade). 
Utilizando a equação 2 podemos descobrir o comprimento de onda, 
considerando a velocidade do som como 348 m/s. 
348 = λ x 660  λ = 0,527 m. Aplicando na equação h1= λ / 4, temos que: 
h1= 0,527 / 4 = 0,132 m  h2 = 0,132 + (0,527 / 2) = 0,396 m 
h3= 0,396 + (0,527 / 2) = 0,660 m 
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6. Conclusão 
Através da prática de Velocidade do Som foi possível desenvolver nosso 
conhecimento acerca da acústica, área do conhecimento responsável por estudar tal 
fenômeno. Possibilitando assim conciliar o conhecimento teórico ao prático, 
evidenciando-se na aplicação e compreensão das equações 1, 2 e 3. Por meio de 
pesquisas acerca do tema verificamos que a não aplicação desses conceitos, 
principalmente na construção civil, pode acarretar tragédias, como foi o caso da Ponte 
de Tacoma Norrows, que devido o fenômeno de ressonância veio a entrar em colapso. 
Já no que tange à verificação da velocidade do som, constatou-se um pequeno 
erro (3%), principalmente devido à necessidade direta de averiguação da intensidade por 
meio da audição, que junto com o fato de várias equipes estarem fazendo a mesma 
prática corroborou com tal desvio. Considerando a etapa de verificação da frequência do 
diapasão, obtivemos grande êxito, haja vista que o valor real da frequência é 440 Hz e 
nós encontramos valor de 448,6 Hz, constatando um erro percentual de apenas 1,95%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7. Bibliografia 
 
DIAS, Nildo Loiola. Roteiros de aulas práticas de Física. Fortaleza. 2018.Páginas 67 
a 70. 
 
G.HEWITT, Paul. Física Conceitual.City College de San Francisco. 2002. Páginas 300 
a 345. 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ. Biblioteca Universitária. Guia de 
normalização de trabalhos acadêmicos da Universidade Federal do Ceará. 
Fortaleza, 2013. 
 
SEARA DA CIÊNCIA 
Disponível em: 
< http://www.searadaciencia.ufc.br/tintim/fisica/ressonancia/ressonancia2.htm> 
Acesso em: 08 de setembro de 2018 às 22:00hs 
 
INFOESCOLA 
Disponível em: 
<https://www.infoescola.com/fisica/ressonancia/> 
Acesso em 08 de setembro de 2018 às 23:34hs. 
 
SÓ FÍSICA 
Disponível em: 
<https://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/ressonancia.php> 
Acesso em 08 de setembro de 2018 às 23:00hs. 
 
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