Ressonância em coluna de ar – medindo a velocidade do som
FísicaOscilações e ondasIdades 16–17
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Entre para usarUm tubo de vidro contém água e um diapasão de 256–512 Hz vibra sobre a extremidade aberta. Arraste a superfície da água para mudar o comprimento L da coluna de ar: o som fica muito mais forte quando L + e = (2n − 1)·λ/4, o que aparece em um medidor de intensidade, em um gráfico da intensidade em função de L e no padrão de onda estacionária dentro do tubo, e pode ser ouvido pelo botão do alto-falante. Registre duas posições de ressonância consecutivas para obter λ = 2(L₂ − L₁) e a velocidade do som v = λf.
Aula: Experimento: medir a velocidade do som com um tubo de ressonância – ondas estacionárias em um tubo fechado em uma extremidade
O que mostra
Um diapasão sobre uma coluna de ar fechada embaixo pela água produz uma onda estacionária. A superfície da água é um nó de deslocamento e a extremidade aberta fica perto de um ventre, então a coluna ressoa quando L + e = (2n − 1)·λ/4; a correção de extremidade e ≈ 0,6r leva em conta que o ventre fica um pouco acima da boca do tubo. Duas ressonâncias consecutivas estão separadas por meio comprimento de onda, portanto λ = 2(L₂ − L₁) não depende de e, e v = λf. O modelo usa v ≈ 331 + 0,6t m/s, um diapasão que soa continuamente e um único fator de perdas que dá a cada pico uma largura finita.
Como usar
Escolha a frequência do Diapasão e clique em Golpear o diapasão. Arraste a superfície da água no tubo, ou use o controle Coluna de ar L e os botões −1 mm / +1 mm, observando o medidor e o gráfico; ative o botão do alto-falante para ouvir. No ponto mais forte clique em Registrar L₁, desça a água até o próximo ponto forte e clique em Registrar L₂. Compare sua velocidade com a teoria e depois mude Temperatura, Raio do tubo r ou Correção de extremidade.
Parâmetros que você pode mudar
- Frequência do diapasão 256 Hz, 320 Hz, 384 Hz, 440 Hz, 512 Hz
- Comprimento inicial da coluna de ar 0,03–1,15 m
- Temperatura do ar 0–40 °C
- Incluir correção de extremidade (e ≈ 0,6r)
- Raio interno do tubo 1–3 cm
Perguntas para explorar
- Por que λ = 2(L₂ − L₁) dá um resultado mais exato do que λ = 4L₁?
- Se a frequência do diapasão dobrar, como muda a distância entre duas ressonâncias consecutivas?
- Quando o ar está mais quente, a primeira ressonância fica mais funda ou mais rasa no tubo, e por quê?
