FisicaExp 2 Prática2 e 3 -Tubos abertos e fechados

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Universidade Federal do Maranhão – UFMA 
Centro de Ciências Sociais Saúde e Tecnologia – CCSST 
Engenharia de Alimentos 
Disciplina: Física Experimental II 
Docente: Pedro de Freitas Façanha Filho 
Discente: Leandro Alves de Souza 
 
 
 
 
 
 
 
 
EXPERIMENTO 2 e 3 : 
RESSONÂNCIA EM TUBOS SONOROS ABERTOS E FECHADOS – TUBO DE 
KUNDT 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Imperatriz – MA 
2021 
 
LEANDRO ALVES DE SOUZA 
 
 
 
 
 
 
EXPERIMENTO 2 e 3 : 
RESSONÂNCIA EM TUBOS SONOROS ABERTOS E FECHADOS – TUBO DE 
KUNDT 
 
 
 
 
 
 
Relatório para obtenção de notas, referente à 
disciplina de Física Experimental II. 
Professor: Dr. Pedro de Freitas Façanha Filho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Imperatriz – MA 
2021 
1. OBJETIVOS 
o Nesta prática é possível definir os comprimentos de ondas formadas e/ou 
produzidas por meio de um tubo, de modo que esse processo seja feito tanto 
com o tubo aberto (experimento 1) como também com o tubo fechado 
(experimente 2) e com seguinte determinar a velocidade do som. 
 Objetivos para tubos abertos (experimento 1) e fechados (experimento 2) 
o Identificar e/ ou descrever o fenômeno da ressonância em tubos sonoros; 
o Localizar visualmente e conceituar os pontos nodais e os pontos ventrais de 
uma onda sonora estacionária num tubo aberto; 
o Medir o comprimento de onda λ de algumas ondas sonoras estacionárias 
obtidas em tubos sonoros abertos e relacionar com o comprimento de onda L 
do tubo sonoro aberto; 
o Identificar os harmônicos possíveis para um dado tubo sonoro aberto; 
o Determinar a velocidade de propagação do som, a partir de uma onda 
estacionária obtida num tubo sonoro aberto; 
o Medir e/ou calcular a frequência de um som emitido; 
o Relacionar o comprimento L do tubo sonoro fechado com o λ das ondas 
estacionárias obtidas; 
o Identificar os harmônicos possíveis para um tubo sonoro fechado com 
comprimento L; 
o Traçar envoltórias das ondas estacionárias obtidas num tubo sonoro fechado 
e determinar a velocidade de propagação do som 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. INTRODUÇÃO 
 Uma onda é qualquer sinal que se transmite de um ponto a outro de um meio 
com velocidade definida. Ela é uma onda quando uma transmissão do sinal entre 
dois pontos distantes ocorre sem que haja transporte direto de matéria de um 
desses pontos ao outro. [1] 
 As ondas podem ser definidas em três tipos: Ondas mecânicas, são as mais 
comuns e estão em toda parte, como, ondas do mar, ondas sonoras e ondas 
sísmicas; Ondas eletromagnéticas, são menos conhecidas, mas bastante usadas, 
como nos raios X, ondas de rádio e micro-ondas; Ondas de matéria, são usadas 
basicamente em laboratório, estão associadas a elétrons, prótons e outras partículas 
elementares. [2] 
 Ressonância ocorre quando uma força periódica é aplicada a um sistema com 
muitos modos normais de vibração. Quando ondas longitudinais se propagam em 
um fluido no interior de um tubo com comprimento finito, elas são refletidas nas 
extremidades do mesmo modo que as ondas transversais em uma corda. Ondas 
estacionárias longitudinais em um tubo podem ser usadas para criar ondas sonoras 
no ar circundante. Podemos demostrar a existência de ondas longitudinais em uma 
coluna de gás usando um aparelho chamado tubo de Kundt. Um tubo de vidro 
horizontal da ordem de 1,0 m de comprimento está fechado em uma de suas 
extremidades, e na outra contém um diagrama flexível que pode transmitir 
vibrações. (YOUNG E FREEDMAN, 2008). [3] 
 Os tubos são classificados como abertos e fechados, sendo os tubos abertos 
aqueles que têm as duas extremidades abertas e os tubos fechados que são os que 
têm uma extremidade aberta e outra fechada. As vibrações das colunas gasosas 
podem ser estudadas como ondas estacionárias resultantes da interferência do som 
enviado na embocadura com o som refletido na outra extremidade do tubo. Em uma 
extremidade aberta o som reflete-se em fase, formando um ventre (interferência 
construtiva) e em uma extremidade fechada ocorre reflexão com inversão de fase, 
formando-se um nó de deslocamento (interferência destrutiva). [4] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
3. MATERIAIS 
o Gerador de sinais de áudio e frequencímento digital; 
o Conjunto de alto – falante; 
o Tubo sonoro, orientador de haste e escala milimetrada; 
o Cubas coletoras para pó de cortiça; 
o Pó de cortiça; 
o Estetoscópio; 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
A priori, o experimento foi realizado em tubo aberto. Inicialmente espalhou-se 
o pó de cortiça por todo tubo para que este se “assimile a forma de um cordão”. 
Procurou-se saber no gerador de ondas sonoras a intensidade e a frequência do som 
“exata” para formar uma onda estacionária no tubo, de forma que pudesse ser 
observado os nós e ventres originados pela onda sonora. Em seguida foi encontrado 
cada frequência de ressonância, e novamente foi colocado o pó de cortiça em “forma 
de cordão” no tubo, onde a frequência foi aumentada até que houvesse a formação 
de onda estacionária no tubo. 
 Com o tubo fechado (extremidade do tubo fechada) o procedimento utilizado 
foi o mesmo realizado com o tubo aberto, afim de encontrar as ondas para esse 
segundo experimento. Por fim, calculou-se as velocidades médias, tanto para o tubo 
aberto, como para o tubo fechado, utilizando o comprimento de onda (ʎ) e as 
frequências (f), assim como também, as frequências teóricas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
5. RESULTADOS/ANÁLISE E EXPLICAÇÃO/DISCURSSÃO 
 
O tubo de Kundt é composto de um tubo de vidro frio que contém ar e serragem 
fina de cortiça em seu interior. Nele produz-se ondas estacionárias fazendo um alto-
falante vibrar em uma determinada frequência com o auxílio de um gerador de 
energia. As vibrações são transmitidas para o pó de serragem pelo ar que está contido 
dentro do tubo. Observa-se que, quando ocorre ressonância, em certas regiões do 
tubo há acúmulo da cortiça em algumas regiões que não apresentam vibrações 
longitudinais; essas regiões representam os nós da onda gerada. 
 Sabendo-se a distância média entre esses acúmulos e a frequência da onda 
gerada, pode-se determinar a velocidade de propagação do som no ar contido no tubo 
o v = velocidade 
o λ = comprimento de onda 
o f = frequência 
o n = quantidades de nós 
o L = comprimento do tubo 
o Em tubo aberto, o comprimento de onda é dado através da equação: 
λ =
2𝐿
𝑛
 
o Em tubo fechado, o comprimento de onda é dado através da equação 
λ =
4𝐿
𝑛
 
o Já a velocidade, obtém-se através de: 
 
𝑣 = 𝜆𝑓 
Com o comportamento do pó de cortiça e a frequência observada observou-se 
os harmônicos formando-se. Com base no procedimento descrito no item 4, foram 
feitos os quadros 1 e 2, com os valores obtidos através dos cálculos. 
 
 
Quadro 1: Valores obtidos de λ, f, V e Vm para tubo aberto de Kundt 
HARMÔNICOS 
(NÓS) 
COMPRIMENTO 
DE ONDA (Λ) 
FREQUÊNCIA 
(F) 
VELOCIDADE 
(V) 
3 0,57 m 583 Hz 332,31 m/s 
4 0,43 m 787 Hz 338,41 m/s 
5 0,34 m 968 Hz 329.12 m/s 
VELOCIDADE MÉDIA (VM) 333,28 m/s 
Fonte: próprio autor. 
 
 
5 
 
Quadro 2: Valores obtidos de λ, f, V e Vm para tubo fechado de Kundt 
HARMÔNICOS 
(NÓS) 
COMPRIMENTO 
DE ONDA (Λ) 
FREQUÊNCIA 
(F) 
VELOCIDADE 
(V) 
3,5 = 7 0,49 m 713 Hz 349,37 m/s 
4,5 = 9 0,38 m 911 Hz 346,18m/s 
VELOCIDADE MÉDIA (VM) 347,77 m/s 
Fonte: próprio autor. 
Observando os dois quadros percebe-se que a velocidade média do som no 
tubo aberto foi maior que no tubo fechado isso explica-se pela pressão externa, sendo 
que com o tubo fechado foi mais perceptível a presença de harmônicos e nós, sendo 
assim apresentando mais harmônicos que no tubo aberto. Dessa forma, foram feitos 
os gráficos 1 e 2 que apresentam valores teóricos correspondente aos descritos na 
literatura mostrando o valor do número de harmônicos formados em relação a sua 
frequência. 
Sabendo os valoresteóricos e experimentais das velocidades medias calcula-
se a frequências de ressonâncias: 
Frequências de ressonâncias experimentais; 
Tubo aberto; 
HARMÔNICOS 
(NÓS) 
FREQUENCIAS 
EXPERIMENTAIS 
3 581.30Hz 
4 775.06Hz 
5 968,83Hz 
Fonte: próprio autor. 
 
Tubo fechado; 
HARMÔNICOS 
(NÓS) 
FREQUENCIAS 
EXPERIMENTAIS 
7 707,67Hz 
9 909,86Hz 
Fonte: próprio autor. 
 
Frequências de ressonâncias teóricas ; 
Tubo aberto; 
HARMÔNICOS 
(NÓS) 
FREQUENCIAS 
TEÓRICAS 
3 614.60Hz 
4 814.70Hz 
5 1030.35Hz 
Fonte: próprio autor. 
 
 
6 
 
Tubo fechado; 
HARMÔNICOS 
(NÓS) 
FREQUENCIAS 
TEÓRICAS 
7 714,9Hz 
9 921,9Hz 
Fonte: próprio autor. 
 
Dessa forma, foram feitos os gráficos 1 e 2 que apresentam valores teóricos 
correspondente aos descritos na literatura mostrando o valor do número de 
harmônicos formados em relação a sua frequência. 
Gráfico 1 – Fonte-próprio autor. 
 
Gráfico 2 – Fonte-próprio autor. 
 
 
 
 
0
200
400
600
800
1000
1200
H A R M Ô N I C O 3 H A R M Ô N I C O 4 H A R M Ô N I C O 5
TUBO ABERTO
Hz experimental Hz teorica
0
200
400
600
800
1000
H A R M Ô N I C O 3 H A R M Ô N I C O 4
TUBO FECHADO
Hz experimental Hz teorica
 
 
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6- CONCLUSÃO 
 Nota-se de acordo com os gráficos e tabelas acima percebe-se que a onda 
sonora tem ventres e nós sendo uma forma de transmissão em que a vibração passa 
de molécula por molécula colidindo assim gerando o som sendo uma forma de energia 
mecânica. A onda sonora faz uma pressão na qual ela vai e volta por causa da pressão 
da atmosfera, dessa forma precisa-se de uma alta frequência para gerar essa onda 
estacionária pois ela é transmitida pela densidade do ar para se propagar, diferente 
de uma onda se propagando pelo o fio na qual utiliza a densidade do mesmo. 
Com base nos cálculos e nos dados presentes, foi possível observar e calcular 
o comprimento da onda λ em algumas ondas estacionárias e também a velocidade de 
propagação do som a partir das formulas e dados coletados. Portanto concluímos que 
quanto maior o comprimento de um ventre maior será sua velocidade em um tubo com 
extremidade aberta ou fechada. 
 
 
 
7- REFERÊNCIAS 
 
[1] YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A., Física II: Termodinâmica e ondas, 12ª ed. São 
Paulo, Addison Wesley, 2008. 
[2] HALLYDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos da física, vol. 2: gravitação, 
ondas e termodinâmica. Rio de Janeiro: LTC, 2012. 
[3] YOUNG, HUGH; Física II: Termodinâmica e Ondas/ Young e Freedman: 
[Colaboradores A. Lewis Ford]: tradução Cláudia Santana Martins; revisão técnica Adir 
Moysés Luiz – 12.ed. – São Paulo: Addison Wesley, 2008. 
 
[4] SÓ FÍSICA. Tubos Sonoros. Disponível em: < 
https://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Acustica/tubos2.php>. Acesso em: 27 de 
set. de 2018.