Velocidade do Som

RESUMO

Este trabalho consiste na utilização do Tubo de Kundt para medição da velocidade do som em diferentes temperaturas e meios gasosos.
Uma onda sonora numa certa freqüência em um tubo produz ondas estacionárias. Esse tipo de onda ocorre com freqüências naturais de vibração da coluna gasosa interna ao tubo.

 

Figura 1 - 1o, 3o e 5o Harmônicos.

 

A freqüência ideal para que ocorram ondas estacionárias em um tubo fechado é dado pela seguinte equação:

 

 

onde f é freqüência; i corresponde aos números naturais ímpares; v é a velocidade do som; e L é o comprimento l do tubo adicionado de um fator de correção c que corresponde a 0,58r, sendo r o raio do tubo. Portanto L = ( l + c ), de acordo com a figura abaixo:

 

Figura 2 - Fator de Correção.

 

A experiência com o tubo de Kundt consiste basicamente de um tubo transparente fechado em uma de suas extremidades que possui uma fonte sonora na outra. Ao longo do tubo é depositada uma substância de baixa densidade como o pó de cortiça que serve para indicar as regiões de maior e menor vibração do ar dentro do tubo. O alto-falante, ligado a um gerador de áudio, emite uma onda sonora de freqüência conhecida. Para algumas freqüências, a reflexão na extremidade fechada do tubo, gera ondas estacionárias. Nessa situação o pó de cortiça se acumula sob os nós das ondas estacionárias. Assim, a distância entre um "montinho" e outro será igual a metade do comprimento de onda (Figura 3).
Esquentando o ar no tubo pode-se verificar a variação da velocidade do som com a temperatura. O equipamento permite ainda analisar a mudança de velocidade com diferentes meios gasosos, bastando para isso trocar o gás no tubo.

 

Figura 3 - Tubo de Kundt.

 


MATERIAL E PROCEDIMENTOS

Utilizamos na construção do projeto um tubo transparente (usamos uma lâmpada fluorescente limpa), pó-de-cortiça, um alto falante, madeira para suporte, um secador de cabelo, fio de níquel-cromo (resistência de chuveiro), um termômetro, isopor, e uma mangueira.
O tubo deve ficar sobre dois suportes de isopor de forma retangular com um círculo cortado na parte de cima. Esses suportes ficam sobre uma madeira. Colocamos pó-de-cortiça no interior do tubo. Uma das extremidades do tubo deverá estar tampada com um disco, que deverá ter um furo para a passagem do bulbo do termômetro que medirá a temperatura interna do tubo. Na outra extremidade colocamos o alto falante ligado ao gerador de áudio.
Para alterar a temperatura interna do tubo envolve-se o mesmo com o fio de níquel-cromo, o qual é aquecido por corrente elétrica.

 

Figura 4 - Fio de níquel-cromo em torno do tubo.

 

Para pôr outro gás no interior do tubo, pode-se por exemplo, com o auxilio de um Erlenmeyer e um tubo de borracha, introduzir o gás carbônico gerado na reação de um antiácido com a água, para medidas de velocidade no gás carbônico.
A maneira utilizada para determinar a velocidade do som é a seguinte: em cada caso (gás e temperatura) determinamos os principais harmônicos, plotamos o gráfico freqüência versus número do harmônico (que é à função de primeiro grau descrita pela Eq. (1): f x i ), determinamos o coeficiente angular da reta média ( v/4L ), e como sabemos o valor de L determinamos o valor de v.

 

 

DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Com essa experiência pudemos chegar a valores muito aproximados da velocidade do som para várias temperaturas. Como por exemplo, à temperatura de 24°C a velocidade aproximada do som é de 347,7 m/s, à temperatura de 40°C à velocidade é de 354,9 m/s, à 70°C é de 371,5 m/s e assim por diante. E pudemos verificar que no gás carbônico a velocidade do som é bem menor que no ar atmosférico.

 
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