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Dois funcionários de uma fábrica de estruturas metálicas transportam uma barra maciça de alumínio com comprimento L = 30 m (cujo módulo de Young é Y = 70 GPa e densidade = 2700). Devido ao barulho elevado da fábrica, os funcionários não conseguem conversar normalmente.
Para garantir o posicionamento correto em que a barra de alumínio deve ser guinchada e transportada, os funcionários desenvolveram uma técnica de comunicação engenhosa, a qual consiste em bater levemente com um martelo na extremidade da barra. Quando um dos funcionários bate numa extremidade da barra, o outro funcionário escuta dois sons, um que se propaga pela barra e um segundo som que se propaga pelo ar. A temperatura da fábrica é T = Considerando que a massa molar do ar é M = 29 g/mol, determine de maneira aproximada a velocidade de propagação do som no ar da fábrica, na barra de alumínio bem como o intervalo At entre os dois sons.
a. VAr 5000 m/s = 80 ms.
b. VAr = 3249 m/s = 6 ms.
c. VAr = 5055 m/s e = 6 ms.
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Praticando Para Aprender

há 2 meses

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há 2 meses

Para resolver essa questão, precisamos calcular a velocidade do som no ar e na barra de alumínio, além do intervalo de tempo entre os dois sons. 1. Velocidade do som no ar: A velocidade do som no ar pode ser aproximada pela fórmula: \[ V_{ar} \approx 331 + 0,6 \cdot T \] onde \( T \) é a temperatura em graus Celsius. Como a temperatura não foi fornecida, não podemos calcular um valor exato, mas podemos considerar que a velocidade do som no ar em temperatura ambiente (cerca de 20°C) é aproximadamente 343 m/s. 2. Velocidade do som na barra de alumínio: A velocidade do som em um material é dada pela fórmula: \[ V = \sqrt{\frac{Y}{\rho}} \] onde \( Y \) é o módulo de Young e \( \rho \) é a densidade. Para o alumínio: - \( Y = 70 \times 10^9 \, \text{Pa} \) - \( \rho = 2700 \, \text{kg/m}^3 \) Calculando: \[ V_{alumínio} = \sqrt{\frac{70 \times 10^9}{2700}} \approx \sqrt{25925925.93} \approx 5091 \, \text{m/s} \] 3. Intervalo de tempo \( \Delta t \): Para calcular o intervalo de tempo entre os sons, usamos a fórmula: \[ \Delta t = \frac{L}{V_{alumínio}} - \frac{L}{V_{ar}} \] Substituindo os valores: - \( L = 30 \, \text{m} \) - \( V_{alumínio} \approx 5091 \, \text{m/s} \) - \( V_{ar} \approx 343 \, \text{m/s} \) Calculando: \[ \Delta t_{alumínio} = \frac{30}{5091} \approx 0,0059 \, \text{s} \approx 5,9 \, \text{ms} \] \[ \Delta t_{ar} = \frac{30}{343} \approx 0,0875 \, \text{s} \approx 87,5 \, \text{ms} \] Portanto, o intervalo entre os dois sons é: \[ \Delta t \approx 87,5 \, \text{ms} - 5,9 \, \text{ms} \approx 81,6 \, \text{ms} \] Agora, analisando as alternativas: a) VAr 5000 m/s = 80 ms. b) VAr = 3249 m/s = 6 ms. c) VAr = 5055 m/s e = 6 ms. A velocidade do som no ar não foi calculada exatamente, mas está mais próxima de 343 m/s, e a velocidade do som na barra de alumínio está próxima de 5091 m/s. O intervalo de tempo calculado não corresponde a 6 ms. Portanto, a alternativa que mais se aproxima dos valores calculados é a c), que menciona uma velocidade do som na barra de alumínio próxima de 5055 m/s, embora o intervalo de tempo esteja incorreto.

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