Velocidade do som no ar
(Determinação I)

Prof. Luiz Ferraz Netto
[email protected] 

Apresentação
Ordinariamente, obtém-se a velocidade do som no ar, na temperatura ambiente, pelo método da coluna de ar ressonante. Nessa técnica, utiliza-se uma fonte sonora de freqüência conhecida, que pode ser um simples diapasão, ou um diapasão entretido (que mantém as oscilações eletromagneticamente), ou ainda um alto falante (acoplado a um amplificador e a um gerador de áudio freqüência). As ondas sonoras produzidas por essa fonte são encaminhadas para uma coluna de ar de altura ajustável. O ajuste da altura da coluna de ar é feito, via de regra, por técnica hidrostática. Detalhemos isso:

Material 1
Proveta de 1000 ml
diapasão de freqüência conhecida (435 Hz)
martelo de borracha
régua de 1m
tubo de borracha de 2 ou 3 mm de diâmetro interno
prendedor de roupa

Montagem 1

Procedimento 1
Encha quase completamente a proveta com água. Monte um sifão com o tubo de borracha (use o prendedor de roupa para fixá-lo junto á borda da proveta).
Segure o diapasão bem perto da boca da proveta e vá batendo com o martelo de borracha no diapasão enquanto a água da proveta escoa lentamente via sifão. Observe quando começa a ocorrer o fenômeno da ressonância e o momento em que essa torna-se máxima. Pela própria graduação da proveta você poderá saber qual o nível da água quando ocorrer a ressonância máxima. Anote esse nível.

Sabemos que a ressonância máxima é obtida quando se forma uma onda estacionária na coluna de ar dentro da proveta. Justifique essa afirmativa.
Lembrando que você foi esvaziando a proveta lentamente e encontrou pela primeira vez a condição de ressonância máxima, responda ---"Quantos nós e quantos ventres são formados na coluna de ar?". Será possível obter ressonância máxima para outras alturas dessa coluna de ar? Experimente e explique.

Para a primeira ressonância temos: h = l/4, onde h é a altura da coluna de ar acrescida de 0,6 do raio da proveta (porque o ventre forma-se um pouco acima da boca da proveta). Como v = l.f, resulta v = 4.h.f, onde v é a velocidade do som no ar e f é a freqüência do diapasão (conhecida).

Repita a experiência pelo menos 5 vezes, ache a média aritmética dos valores de h e calcule v. Para saber se seu resultado é aceitável, lembre-se de que a velocidade do som no ar, a 20 ^oC, é cerca de 340 m/s.

A mesma experiência pode ser feita também com um tubo de vidro aberto nas duas extremidades (obtido a partir do tubo de uma lâmpada fluorescente de 20 ou 40 W), como se ilustra a seguir:

Movimenta-se com a mão o tubo e o diapasão simultaneamente até obter a ressonância máxima. Mede-se a altura h várias vezes e acrescenta-se também 0,6 do raio do tubo. Se o tubo for suficientemente comprido (caso do tubo da lâmpada fluorescente de 40 W), pode-se obter outros pontos de ressonância e medir uma altura h que corresponde a 3/4 do comprimento da onda.

Material 2
Longo recipiente cilíndrico de plástico ou acrílico,
tubo de borracha,
reservatório comunicante de plástico,
alto falante + amplificador + gerador de áudio,
água, régua.

Montagem 2

Procedimento 2
Acima ilustramos nova montagem, onde adotamos como fonte o conjunto gerador de áudio + amplificador + alto falante. Uma vez fixada a freqüência f, abaixa-se lentamente o nível de água (mediante abaixamento do reservatório comunicante) até perceber-se, auditivamente, o reforço sonoro determinado pela condição de ressonância.

Nessa 1^a ressonância, o ar da coluna, vibra no modo fundamental, onde o comprimento da coluna é igual à quarta parte do comprimento de onda (L = l/4); escrevemos:

L = l/4     ou     l = 4L

De   V = l.f   obtemos:                                                V = 4Lf