Física e Química A – Ano 2

Curso Científico - Humanístico de Ciências e Tecnologias

Comunicações

Ano Lectivo 2009/2010 Almira Moura/Catarina Santos

ESCOLA SECUNDÁRIA DA QUINTA DAS FLORES

AL2.2. Determinação da velocidade do som

NOME: __________________________________________________________________________________________________ 11.º Ano Turma __ N.º ______

Questão Problema: Dois amigos divertem-se a imaginar modos de medir o comprimento de um túnel por processos diversos. Um deles sugere que se emita, simultaneamente, um som intenso e um sinal LASER numa extremidade do túnel. Segundo ele, a diferença entre os instantes de chegada dos dois sinais à outra extremidade permitiria determinar o comprimento desejado.

Objectivos: Determinar a velocidade de propagação do som a partir do intervalo de tempo que este leva a

percorrer uma determinada distância.

Comparar ordens de grandeza dos valores das velocidades do som e da luz.

Questões pré – laboratoriais

1- Quando troveja, existe um método simples para saber a que distância se encontra a trovoada.

Descreva esse método.

2- Um sonar é um aparelho utilizado por barcos de pesca, por exemplo, para determinar a distância a que se encontram os cardumes.

2.1- Identifique o princípio do método utilizado pelo sonar.

2.2- Será possível utilizar o mesmo aparelho que é utilizado nos barcos para determinar, em

terra, a distância a que se encontra uma montanha? Justifique a sua resposta. Material:

Calculadora gráfica com o programa DATAMATE Sensor CBL2 Microfone da Vernier

Sensor de temperatura Tubo com 1m a 2m de comprimento, fechado numa extremidade Tampa metálica de uma garrafa de sumo Fita métrica

Figura 1 – Montagem Experimental

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Procedimento:

1- Ligar a calculadora e iniciar o programa DATAMATE.

2- Configurar a calculadora e a interface para o microfone.

a- Seleccionar SETUP no ecrã principal.

b- Se a calculadora reconhecer o microfone em CH 1, prosseguir directamente para a etapa

seguinte. Se não, ajustar manualmente o sensor.

c- Pressionar ENTER para seleccionar CH 1.

d- Escolher MICROPHONE na lista SELECT SENSOR.

e- Seleccionar CBL2.

3- Configurar a interface ao trigger no primeiro som que o microfone detecta.

a- Pressionar uma vez para seleccionar MODE e pressionar ENTER.

b- Seleccionar TIME GRAPH em SELECTED MODE.

c- Seleccionar ADVANCED em TIME GRAPH SETTINGS.

d- Seleccionar CHANGE TRIGGERING em ADV. TIME GRAPH SETTINGS.

e- Seleccionar CH1-MICROPHONE em SELECT TRIGGERING.

f- Seleccionar INCREASING em TRIGGER TYPE.

g- Introduzir “0,1” para o ponto inicial do trigger e pressionar ENTER.

h- Introduzir “5” para gravar pré-registos e pressionar ENTER.

i- Seleccionar OK três vezes para voltar ao ecrã principal.

4- Fechar a extremidade do tubo. Medir o seu comprimento e registar na tabela de dados.

5- Colocar o microfone tão perto da extremidade do tubo quanto possível e posicioná-lo do modo a

que possa detectar o som inicial e o eco.

6- Seleccionar START para começar a recolha de dados. Fazer um som com uma tampa metálica.

Este som agudo provocará o início da recolha de dados pela interface. Pressionar ENTER depois da

recolha de dados.

Nota: Para repetir MAIN SECREN

7- Se for bem sucedido, no gráfico aparecerão dois picos destacados, o primeiro é o som inicial e o

segundo é a sua reflexão. Repetir o processo, se necessário, pressionando ENTER e voltar à etapa

precedente. Usar as teclas do cursor para determinar o intervalo de tempo entre o início da

primeira vibração e o início da vibração do eco. Registar estes dois tempos na tabela de dados.

8- Usar o sensor de temperatura para medir a temperatura do ar no laboratório.

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Registo de dados:

Tarefas ou medições a fazer Ensaio 1 Ensaio 2 Ensaio 3 Ensaio 4 Ensaio 5

Comprimento do tubo (m)

Distância percorrida pelo som d (m)

Tempo correspondente ao pico de maior intensidade no som inicial (t1)

Tempo correspondente ao pico de maior intensidade no som reflectido (t2)

Intervalo de tempo t (s)

Temperatura do ar (ºC)

𝑣𝑠𝑜𝑚 (teórica) para a temperatura

medida*

* O valor aceitável para a velocidade do som no ar a 0º C é 331,5 ms-1. A velocidade do som aumenta

0,607 m.s-1 por cada ºC.

Questões pós - laboratoriais:

1- Calcule a velocidade do som no ar. Compare com os valores teóricos e calcule o desvio percentual.

2- Compare as ordens de grandezas das velocidades de propagação da luz e do som no ar. O que

conclui?

3- Discuta as condições necessárias para que o processo referido na questão problema possa ter êxito.

4- Um sinal sonoro com frequência de 400 Hz propaga-se num meio gasoso por ondas cujo comprimento de onda é igual o 0,9 m. Determina: 4.1- O período. 4.2- A velocidade de propagação da onda sonora. 4.3- O tempo que este sinal sonoro demora a percorrer 100 m.

5- Na tabela seguinte estão representados alguns valores de velocidade do som no ar, a diferentes temperaturas.

/ºC -100 0 15 20 100 500 1000

v/ms-1 263 331 340 343 388 557 700

Para resolver as alíneas seguintes, recorra à calculadora gráfica, explicando todos os passos que realizou. 5.1- Represente graficamente os valores da velocidade do som em função da raiz quadrada das

respectivas temperaturas absolutas. Faça um esboço do gráfico obtido. Que conclusão se pode tirar?

5.2- Qual a expressão matemática que exprime essa relação? 5.3- Com base na expressão obtida, calcule a velocidade do som para as temperaturas de

= - 30ºC e = 40ºC.

BOM TRABALHO!