Velocidade
do som no ar
(Determinação II)
Prof.
Luiz Ferraz Netto
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Apresentação
Essa nova técnica
para a determinação da velocidade do som no ar envolve o uso do osciloscópio,
assim como a produção e interpretação das figuras de Lissajous na tela
desse instrumento.
A
ilustração a seguir mostra o arranjo experimental, ressaltando o osciloscópio,
o gerado de áudio freqüência (GAF), o amplificador de áudio (AMPLI), o
alto falante (AF) e o microfone (M).
O
sinal senoidal produzido em GAF é amplificado em AMPLI e faz vibrar o cone
do AF, produzindo ondas sonoras no ar. Parte do sinal amplificado do AMPLI
é encaminhado ao amplificador horizontal interno (AHI) do osciloscópio e
daí às placas defletoras horizontais do tubo de raios catódicos (TRC). A
onda sonora produzida atinge o microfone de cristal M (se necessário
deve-se incluir uma pré-amplificação); o sinal gerado em M é levado ao
amplificador vertical interno (AVI) do osciloscópio e daí às placas
defletoras verticais do TRC.
GAF
é posto em cerca de 1000 Hz. A distância L entre AF e M inicia com algo
entre 1,5 e 2,0 m. Ativando-se todo o arranjo, nessa situação grosseira
de partida, a tela deverá exibir uma elipse. Ajustando-se adequadamente a
distância L (assim como os controles de ganhos e atenuações) deve-se
obter na tela, como figura de Lissajous, uma linha reta, inclinada à 45o
com o eixo horizontal, pertencente ao 1o e 3o
quadrantes, como se ilustra na figura (A), abaixo. Essa obtenção, que
chamaremos de condição inicial, denota que os dois sinais defletores estão
em concordância de fases e que a distância L, entre AF e M, contém um número
inteiro (n) de comprimento de onda (l)
do som no ar.
A
partir dessa situação inicial (bem estabilizada) se alterarmos a distância
L, os sinais chegarão defasados ao TRC e visualizaremos uma elipse.
Acentuando
um pouco mais essa alteração na distância L, pode-se conseguir na tela
uma linha reta pertencente ao 2o e 4o quadrantes,
agora a 135o com o eixo horizontal. Essa defasagem de
180o entre os sinais indica que o deslocamento DL1
de M foi de meio comprimento de onda (DL1=
l /
2). Ilustramos isso na figura (B) acima.
Prosseguindo
a alteração de L (no mesmo sentido), a linha reta passará sucessivamente
por elipses, retomando à condição inicial, da figura (A), denotando nova
concordância de fases. A nova distância L3 conterá um
comprimento de onda a mais (ou a menos) que L1, ou seja, |L3
- L1| = l
.
Conhecida a freqüência f, imposta pelo GAF, e o comprimento de onda l
,
obtém-se a velocidade do som no ar, na temperatura ambiente,
pela relação:
V
= l
f
|