Medindo a velocidade do som – eco, dois microfones em um osciloscópio, ultrassom em fase
FísicaOscilações e ondasIdades 16–17
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Entre para usarUma prática virtual que mede a velocidade do som no ar de três maneiras: cronometrando o eco de uma parede (um único eco, ou batendo palmas no ritmo do eco por muitos intervalos), lendo o atraso entre dois microfones em um osciloscópio de dois canais (v = d/Δt) e movendo um receptor de ultrassom até que os dois sinais voltem a ficar em fase para achar o comprimento de onda (v = λf). Inclui tabela de resultados, média e desvio padrão, gráficos lineares com reta de ajuste e o efeito da temperatura do ar.
Aula: Velocidade do som no ar: método do eco, dois microfones e um osciloscópio, e v = λf; efeito da temperatura
O que mostra
O som é uma onda longitudinal; no ar a 20 °C ele se propaga a cerca de 343 m/s, e sua velocidade aumenta cerca de 0,6 m/s a cada grau Celsius. Esta prática virtual mede essa velocidade de três maneiras. No método do eco, um cronômetro mede o tempo que o som leva para ir até uma parede e voltar, então v = 2d/t. Com dois microfones, um osciloscópio mostra o atraso Δt entre um e outro, então v = d/Δt. Com um emissor de ultrassom, mover um receptor por um comprimento de onda inteiro deixa os dois sinais em fase de novo, então v = λf.
Como usar
Escolha uma aba. Eco: ajuste Distância até a parede d e pressione Bater palma uma vez ou Bater N intervalos; a tabela se preenche sozinha. Dois microfones: ajuste Separação dos microfones d, pressione Bater palma, leve Cursor 1 e Cursor 2 ao início de cada pulso e pressione Registrar. Ultrassom em fase: mova Posição de R2 x até os traços coincidirem e pressione Registrar posição em fase a cada vez. Mude Temperatura do ar θ e use Gráfico para comparar.
Parâmetros que você pode mudar
- Método Eco e cronômetro, Dois microfones e um osciloscópio, Dois receptores de ultrassom em fase
- Temperatura do ar θ -10–40 °C
- Distância até a parede d (eco) 20–200 m
- Número de intervalos de palmas N 5–40
- Separação dos microfones d 0,2–2 m
- Base de tempo do osciloscópio 0,5 ms/div, 1 ms/div, 2 ms/div, 5 ms/div
- Frequência do emissor de ultrassom f 38–42 kHz
- Posição inicial x de R2 em relação a R1 0–120 mm
Perguntas para explorar
- Por que bater palmas por 20 intervalos no ritmo do eco dá um resultado melhor do que cronometrar um único eco?
- Por que o gráfico de Δt em função de d é uma reta, e como você obtém v a partir da inclinação?
- Como muda o comprimento de onda do ultrassom quando o ar esquenta, se f não muda?
