CONJUNTO DE ACÚSTICA E ONDAS

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1 Manual de Instruções e Guia de Experimentos CONJUNTO DE ACÚSTICA E ONDAS OBSERVAÇÃO SOBRE OS DIREITOS AUTORAIS Este manual é protegido pelas leis de direitos autorais e todos os direitos são reservados. Entretanto é permitida e garantida para instituições de ensino a reprodução de qualquer parte deste manual para ser fornecida e usada nos laboratórios e não para venda. A reprodução em qualquer outra circunstância, sem a permissão da AZEHEB é proibida. GARANTIA A AZEHEB garante este produto contra defeitos de fabricação por um período de 3 anos a partir da data de envio para o cliente. A AZEHEB consertará OU trocará o produto com defeito se for constatado que defeito foi causado por problemas nos materiais que o compõe o produto ou falhas na fabricação. Esta garantia não cobre problemas causados por abuso ou uso incorreto do produto. A determinação se o defeito do produto é resultado de falha na fabricação ou se foi causado por uso impróprio será feita unicamente pela AZEHEB. A responsabilidade pelo envio do equipamento para o reparo dentro do período da garantia pertence ao consumidor O equipamento deverá se embalado corretamente para evitar danos e enviado com frete prépago. (Danos causados pelo transporte devido à embalagem imprópria não serão cobertos pela garantia). O transporte do equipamento, após o reparo, será pago pela AZEHEB. DEVOLUÇÃO DE PRODUTOS Se for necessário devolver o produto para a AZEHEB, por qualquer razão, é necessário notificar a AZEHEB por carta, ou por telefone ANTES de devolver o produto. Após a notificação, serão enviadas imediatamente a autorização e as instruções de devolução e transporte. Nota: Não será aceita a devolução de nenhum produto sem autorização prévia. Ao devolver produtos para o reparo, eles devem ser embalados corretamente. Os transportadores não aceitarão a responsabilidade dos danos causados pela embalagem imprópria. Para estar certo que o produto não será danificado no transporte, observe as recomendações abaixo: 1. A caixa deve ser forte o bastante para o produto enviado. 2. Assegure-se que há pelo menos 5cm entre o produto e as paredes da embalagem, evitando assim que o produto seja comprimido. 3. Assegure-se que o produto não balançará dentro da embalagem. Para evitar que o produto balance dentro da embalagem utilize calços para travá-lo. Endereço: AZEHEB Laboratórios de Física Rua Evaristo F.F. da Costa, 621 Bairro Jardim das Américas Curitiba PR CEP Telefone: (41) azeheb@azeheb.com.br EQUIPAMENTO

2 1 01 oscilador massa-mola com 5 molas chatas e 4 massas com parafusos para variação de altura; 2 01 par de diapasões com caixa de madeira; 3 01 martelo de borracha para percussão; 4 01 massa de haste; 5 01 proveta com 30cm de altura; 6 01 becker 150ml; 7 01 diapasão garfo 440Hz com 8cm; 8 01 mola slink com 11cm e Ø65mm; 9 01 mola helicoidal com 2m e Ø20mm; unidade de armazenamento 2

3 OSCILADOR MASSA-MOLA Qualquer sistema físico possui uma ou mais freqüências de vibração. A tendência de oscilar com uma freqüência específica de oscilação é denominada freqüência preferencial de vibração. O fenômeno da ressonância é um dos mais importantes no estudo de todas as espécies de vibrações. Um exemplo típico de ressonância é uma criança num balanço sendo empurrada por outra. Quando esta empurra a outra com a mesma freqüência, a amplitude de oscilação do balanço aumenta consideravelmente. Material utilizado - 01 oscilador massa-mola com 5 molas chatas e 4 massas com parafusos para variação de altura; Para realizar estas experiências, vamos começar o experimento com o conjunto de pêndulos sempre em repouso. EXPERIÊNCIA Com a mão direita, deslocar da posição de equilíbrio os dois pêndulos com hastes maiores das laterais e em seguida abandoná-los simultaneamente. 2. Os pêndulos oscilam com a mesma freqüência? 3. Com a mão esquerda, segurar dois pêndulos, um grande e um pequeno, e com a mão direita deslocar da posição de equilíbrio dois pêndulos, um maior e um menor, e em seguida abandonar simultaneamente. Manter a mão esquerda segurando os outros pêndulos. 4. Os pêndulos oscilam com a mesma freqüência? 5. Qual pêndulo oscila com maior freqüência? 3

4 6. Conclusão: o pêndulo com haste menor vibra com uma freqüência (maior/menor) que o pêndulo com haste maior. 7. A freqüência de vibração do pêndulo depende de que fator(es)? EXPERIÊNCIA Com a mão direita, deslocar da posição de equilíbrio um pêndulo com haste maior e em seguida abandonar, observar o comportamento dos outros pêndulos. 2. Para qual pêndulo ocorreu a transferência total de energia? 3. Porque somente o pêndulo idêntico entrou em vibração. 4. Que fenômeno ocorreu? EXPERIÊNCIA Com a mão direita, deslocar da posição de equilíbrio um pêndulo com haste menor e em seguida abandonar, observar o comportamento dos outros pêndulos. 2. Para qual pêndulo ocorreu a transferência total de energia. 3. Porque os pêndulos com haste maior não entraram em movimento oscilatório? 4. Porque somente o pêndulo idêntico entrou em vibração. 5. Explicar como ocorreu a transferência de energia de um pêndulo para outro. 6. Observado os experimentos acima explicar o fenômeno de ressonância. 4

5 PAR DE DIAPASÕES Diapasão de 440Hz Ao bater nas hastes do diapasão com um martelo, as mesmas passam a vibrar com a uma freqüência de 440Hz. Acoplando a uma caixa de madeira, construída para entrar em ressonância com freqüência do diapasão, o ar contido em seu interior vibra e produz um reforço do som. Material utilizado - 01 par de diapasões com caixa de madeira; - 01 martelo de borracha para percussão; - 01 massa de haste; EXPERIÊNCIA 04 Ressonância 1. Colocar os diapasões sobre a mesa conforme foto 2. Segurar o segundo diapasão pela caixa de madeira e com o martelo de borracha bater na haste do diapasão, o diapasão emite um som com uma freqüência de 440Hz. 3. Aproximar os diapasões com as aberturas voltadas um para o outro e em seguida abafar o segundo diapasão segurando as suas hastes. 4. O que aconteceu com o primeiro diapasão? 5. O som emitido pelo primeiro diapasão tem a mesma intensidade do segundo? Porque? 6. Repetir os procedimentos acima para melhor entender o fenômeno. 5

6 EXPERIÊNCIA Acrescentar a massa de haste no primeiro diapasão conforme foto. 2. Segurar o segundo diapasão pela caixa de madeira e com o martelo de borracha bater na haste do diapasão, o diapasão emite um som com uma freqüência de 440Hz. 3. Aproximar os diapasões com as aberturas voltadas um para o outro e em seguida abafar o segundo diapasão segurando as suas hastes. 4. O que ocorreu? 5. A energia foi transferida para o primeiro diapasão? 6. Repetir os procedimentos acima para entende melhor o fenômeno. 7. Qual a condição para que a energia seja transferida de um diapasão para o outro? 6

7 EXPERIÊNCIA 06 Batimento 1. Colocar os diapasões com as caixas de ressonâncias 10cm uma da outra, conforme foto. 2. Acrescentar a massa de haste no primeiro diapasão. 3. Com o martelo de borracha bater levemente e simultaneamente na haste dos dois diapasões. 4. Variar a posição da massa na haste do diapasão, repetindo a experiência. O que ocorre? 5. Repetir os procedimentos acima para entender melhor o fenômeno. Retire a massa acrescentada ao diapasão e repita a experiência. O que notou? O que se conclui? 7

8 MOLAS EXPERIÊNCIA 07 Onda Longitudinal Material Utilizado - 01 mola slink com 11cm e Ø65mm; Este experimento precisa da participação de duas pessoas. 1. Manter uma extremidade fixa, esticar a mola aproximadamente 3m e na outra extremidade movimentar a mão para frente e para trás para gerar pulsos na mola. 2. Explicar porque esta onda é longitudinal. 8

9 EXPERIÊNCIA 08 Onda Transversal Material utilizado - 01 mola helicoidal com 2m e Ø20mm; 1. Manter uma extremidade fixa. Este experimento precisa da participação de duas pessoas. 2. Esticar a mola aproximadamente 4m e na outra extremidade movimentar a mão para cima e para baixo, rapidamente, gerando pulsos na mola. 3. Explicar porque esta onda é transversal. 4. Descrever o comportamento do pulso refletido. 9

10 EXPERIÊNCIA 09 Ondas Estacionárias na Mola Helicoidal Onda estacionária é as resultantes da superposição de duas ondas idênticas mas em sentidos opostos. Pode-se obter uma onda estacionária através de uma mola fixa numa das extremidades e vibrando a outra extremidade. O experimento tem que ser realizado com a participação de duas pessoas e pode ser executado na vertical ou no piso da sala. Material utilizado - 01 mola helicoidal com 2m e Ø20mm; Este experimento precisa da participação de duas pessoas. 1. Com a participação de duas pessoas esticar a mola aproximadamente 4m. 2. Manter uma extremidade bem fixa e vibrar a outra extremidade (para cima e para baixo) para se obter o primeiro modo de vibração conforme o desenho. 3. O experimento tem quantos nós? 4. O experimento tem quantos ventes? 5. Se a mola foi esticada em até 4m quanto mede o comprimento de onda? EXPERIÊNCIA Com a participação de duas pessoas esticar a mola aproximadamente 4m. 2. Manter uma extremidade da mola bem fixa e vibrar a outra extremidade (para cima e para baixo) para se obter o segundo modo de vibração conforme o desenho. 3. O experimento tem quantos nós? 4. O experimento tem quantos ventes? 5. Se a mola foi esticada em até 4m, quanto mede o comprimento de onda? 6. No nó há que tipo de interferência? Construtiva ou destrutiva? 7. No ventre há que tipo de interferência? Construtiva ou destrutiva? 8. Qual é a medida entre dois nós consecutivos? 9. Qual é a medida entre um nó e um ventre consecutivos? 10

11 EXPERIÊNCIA Com a participação de duas pessoas esticar a mola aproximadamente 4m. 2. Manter uma extremidade da mola bem fixa e vibrar a outra extremidade (para cima e para baixo) para se obter o terceiro modo de vibração conforme o desenho. 3. O experimento tem quantos nós? 4. O experimento tem quantos ventes? 5. Se a mola foi esticada em até 4m quanto mede o comprimento de onda? 6. Qual é a medida entre dois nós consecutivos? 7. Qual é a medida entre um nó e um ventre consecutivos? 8. Escrever uma equação que relacione as três grandezas abaixo. N - número de ventres da onda estacionaria (ou o modo de vibração) L comprimento da mola esticada. λ - (comprimento de onda) 11

12 EXPERIÊNCIA 12 Velocidade de Propagação do Som no Tubo Fechado De acordo com as extremidades dos tubos sonoros, podemos classificá-los em abertos ou fechados, sendo que os abertos possuem as duas extremidades livres enquanto que nos fechados apresentam uma de suas extremidades obstruída. Tubo fechado: São tubos que apresentam uma extremidade aberta e outra fechada, de modo que na extremidade aberta sempre existe um ventre e na fechada um nó. Com isto, a coluna de ar fica determinada por: L = ( 2N 1. ) λ 4,onde "L" é o comprimento do tubo e "n" o número de ventres dentro do tubo. Pela própria definição, percebemos que apenas a ocorrência de harmônicos ímpares. OBS.: Quando existir um furo nos tubos (como é o caso da flauta, saxofone, clarinetes, pistão, órgãos antigos, etc, ocorrerá a formação de um VENTRE naquele local). Neste experimento você irá determinar a velocidade propagação do som no ar. Utilizaremos um tubo de vidro cheio com água e um diapasão mantido próximo à extremidade aberta do tubo. Você vai variar o comprimento da coluna de ar no tubo retirando água até que a intensidade do som produzido pelo diapasão atinja um máximo. Ocorrerá o fenômeno de ressonância, ou seja, ondas longitudinais estacionárias são estabelecidas na coluna de ar do tubo. Esse fenômeno ocorre quando a freqüência f (do diapasão) coincidir com uma das freqüências naturais de vibração da coluna de ar no tubo. Material utilizado - 01 proveta com 30cm de altura; - 01 becker 150ml; - 01 diapasão garfo 440Hz com 8cm; - 01 martelo de borracha para percussão; - 01 régua milimetrada 30cm (não acompanha o kit) : 1. Com a proveta cheia de água, bater na haste do diapasão com o martelo de borracha, aproximando-o da extremidade superior da proveta.o que se observa? 12

13 2. Reduza gradualmente o nível da água na proveta. 3. Repetir os procedimentos 1 e 2 até encontrar uma posição em que a coluna de ar da proveta entre em ressonância com o diapasão. Mantenha esta posição fixa e meça a altura da coluna de ar (L). 4. Fazer um desenho que represente a onda estacionária no interior da coluna de ar da proveta. 5. A onda estacionária tem quantos nós? 6. A onda estacionaria tem quantos ventres? 7. Se a proveta tivesse uma altura maior poderia haver outras posições em que a coluna de ar entraria em ressonância com o diapasão? (sim / não). Fazer um desenho para representar tal situação. 8. Com os dados acima preencher os itens abaixo. f = (freqüência do diapasão) L = (altura da coluna de ar) para o primeiro modo de vibração N = (modo de vibração ou seja números de ventres) L = ( N 1. ) 2 λ 4 Para o primeiro modo de vibração λ= 4(2N-1) L λ = (comprimento de onda) V = λ. f =. = (velocidade de propagação do som no ar) 9. A velocidade de uma onda, como exemplo o som, depende de que fator(es)? 10. Considerando uma tolerância de erro de 5%, pode-se afirmar que a velocidade do som, obtida na experiência com o diapasão de 440 Hz, teve um valor aceitável em comparação com o valor tabelado (340 m/s)? Justifique. 13