Velocidade do som em tubos

Objetivo

Compreender a onda sonora como superposição de várias ondas.

Material necessário

• Tubo cilíndrico (tipo cano PVC)
• Microfone (preferencialmente microfone pequeno)
• software para aquisição de dados via placa de som (programa Spectrogram disponível para download)

• Obs:pode utilizar sons já gravados disponíveis para download

Instruções para experiência

• Descompacte o arquivo em um diretório
• Inicie o programa GRAM6.EXE
• Escolha a opção Scan Input para analizar o som pela entrada de microfone na placa de som
• Ou a opção Scan File para analizar o som de arquivo já existente

• Após escolher Scan Input ou Scan File aparecerá a tela de parâmetros da aquisição dos dados Para visualização do espectro sonoro (Freqüência x decibeis) é necessário utilizar a opção de display tipo line plot.

• Coloque o microfone próximo de uma extremidade do cano
• Bata com a palma da mão na outra extremidade
• A cada batida, o Spectrogram mostra o espectro sonoro
• Enquanto o espectro ainda estiver aparecendo, cliclar em STOP para encerrar a aquisição de dados
• Posicionar o mouse no ponto mais alto de cada curva do espectro, e fazer a leitura da freqüência. (parte inferior da tela)

Visualização e análise de dados

• O tubo utilizado mede 52 cm
• O som foi produzido com a palma da mão, que ao tocar fecha um dos lados.
• Um tubo fechado gera harmônicos ímpares. (modos de vibração n=1,3,5,...) Veja um applet de Walter Fendt

• Os picos de freqüência correspondem respectivamente a 163 Hz, 479 Hz, 806 Hz, 1133 Hz, 1460 Hz, 1787 Hz, 2133 Hz, 2440 Hz, 2767 Hz, 3088 Hz.

• A média dos intervalos é 325 Hz (Exemplo. Intervalo do 1º ao 2º pico de freqüência: [479 Hz - 163 Hz = 316 Hz] )
• Como estamos trabalhando com o tubo fechado, sabe-se que estes dois picos correspondem ao 1º e 3º modo de vibração (ímpares). Consideramos então a freqüência fundamental como sendo a metade desta média. [f = 162,50 Hz]

• Através das relações [velocidade=comprim_onda x freq], e [Comprim_onda = 4 * compr_tubo] podemos determinar a velocidade do som no ar.
• Para este caso particular encontramos a velocidade de propagação do som = 338,0 m/s.

• A experiência foi realizada a uma temperatura de 15º C.
• Utilizando a relação [velocidade_som_ar = (330,4 + 0,59 x Temp)] temos 340,3 m/s para um dia de 15º C.

Outras Sugestões:

• Construir um instrumento harmônico de 7 notas, observando as relações de freqüência e comprimento de onda.
• Executar uma melodia com um instrumento para acompanhar visualmente a evolução do espectro sonoro.