Ficha do professor AL 2.2. VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DO SOM Autora: Fernanda Neri TI-Nspire Palavras-chave: Velocidade do som; onda mecânica; onda longitudinal Ficheiros associados: Velocidade do som_atividade_aluno; velocidade do som _atividade_professor; Velocidade do som. tns 1. Objetivo Geral Determinar a velocidade de propagação de um sinal sonoro. 2. Metas Específicas 1. Medir a velocidade do som no ar (medição indireta). 2. Comparar o valor obtido para a velocidade do som com o tabelado, avaliar a exactidão do resultado e calcular o erro percentual. 3. Comenta rios Esta atividade deve ser realizada num ambiente calmo e silencioso. Como a atividade é rápida podem fazer mais do que um ensaio. A velocidade de propagação no ar calcula-se através do quociente entre o dobro do comprimento do tubo e o intervalo de tempo referente ao percurso do som no tubo (sinal e reflexão). Aplica-se a definição de velocidade média. O documento velocidade som.tns é um documento que permite ao docente avaliar rapidamente o que o aluno sabe da atividade experimental, podendo analisar os dados resultantes de uma experiência já efetuada. 4. Material Unidade portátil TI-Nspire-CX ou PC com software TI-Nspire-CX Lab Cradle Sensor de som Sensor de temperatura Tubo de cartão com cerca de 1,20m Suportes Superfície refletora (ex. régua) Fita métrica Tampa metálica. Figura 1 Montagem experimental 1
Ficha do professor 5. Procedimento 1. Meça o comprimento do tubo e registe o valor 2. Fixe o tubo na vertical 3. Coloque o sensor de som na extremidade do tubo fixo a um suporte 4. Coloque a superfície refletora na parte superior do tubo como mostra a figura 1 5. Ligue o Lab Cradle à unidade portátil. 6. Abra um novo documento com a aplicação Vernier DataQuest. 7. Registe a temperatura ambiente ligando o sensor de temperatura ao Lab Cradle 8. Ligue o sensor de som ao Lab Cradle, o sensor é automaticamente identificado, com o sinal centrado em cerca de 2,5 volts. 9. Configure o sensor para centrar o sinal a 0 volts. Posicione o cursor sobre o campo onde indica o sensor Pressão do som, uma vez aberto este campo, pressione sobre zero. 10. Sobre o campo Taxa mude o nº de amostras por segundo para 5000 11. Agora terá de Configurar o modo de recolha. Para isso faça: b 1: Experiência B: Configuração Avançada 1: Acionamento 1: Configurar. 12. De seguida, selecione sucessivamente: CH1: Microfone A aumentar até ao limiar Inserir 0.1 Inserir 5 e OK. 13. Pressione a tecla verde e dê um estalido junto do sensor. 14. Repita o procedimento sem apagar os dados anteriores 6. Resultados Analise o gráfico Desloque o cursor de modo a encontrar o instante correspondente ao pico máximo (emissão do sinal) e o instante correspondente ao ponto de amplitude máxima da primeira reflexão. Calcule o intervalo de tempo De modo a minimizar o erro repita procedimento para mais pontos consecutivos. 2
Ficha do professor 7. Ca lculos 1. Determine o tempo que o som demora a percorrer o tubo. 2. Calcule a velocidade do som. 3. Calcule o erro percentual em relação ao valor tabelado para a velocidade do som, à temperatura da experiência. 8. Concluso es A velocidade do som varia conforme as características elásticas do meio material onde se propaga, sendo afetado também pelas condições ambientais como pressão e temperatura, influenciando assim a exatidão dos resultados. 3
Ficha do aluno Domínio - Ondas e electromagnetismo AL 2.2. VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DO SOM Autora: Fernanda Neri TI-Nspire Objetivo Geral Determinar a velocidade de propagação de um sinal sonoro. 1. Metas Específicas 1. Medir a velocidade do som no ar (medição indireta). 2. Comparar o valor obtido para a velocidade do som com o tabelado, avaliar a exacidão do resultado e calcular o erro percentual. 2. Introduça o Teo rica O som resulta da vibração de um corpo que sucessivamente comunica essa vibração às partículas vizinhas. O som é uma onda mecânica necessitando por isso de um meio material para se propagar. Quando se faz vibrar um diapasão, essa vibração é comunicada ao meio. As diferentes camadas de ar vibram na direção em que o som se propaga, dizemos então que a propagação do som no ar é uma onda longitudinal. Na propagação deste sinal sonoro são criadas zonas de compressões e zonas de rarefação originando uma onda de pressão. A velocidade de propagação do som depende das características do meio material e da temperatura em que ocorre a propagação. No ar, em condições normais de pressão e à temperatura de 20 C, o som propaga-se com uma velocidade de aproximadamente 343 m/s. Quando as ondas sonoras se propagam num meio material estas podem ser refletidas, absorvidas, refratadas e difratadas. Como o som se propaga com velocidade constante num determinado meio podemos calcular o valor dessa velocidade conhecendo a distância percorrida pelo som e o tempo que demora a percorrer essa distância. v d t 3. Preve Ao bater num tambor sentimos rapidamente o som a chegar aos nossos ouvidos, será que isso resulta do movimento das várias moléculas que constituem o ar desde o tambor até aos nossos ouvidos? 1
Ficha do aluno 4. Material Unidade portátil TI-Nspire Lab Cradle Sensor de som Sensor de temperatura Tubo de cartão com cerca de 1,20 m Suportes Superfície reflectora (ex. régua) Fita métrica Tampa metálica. Figura 1 Montagem experimental 5.Procedimento 1. Mede o comprimento do tubo e regista no caderno 2. Fixa o tubo na vertical 3. Coloca o sensor de som na extremidade do tubo fixo a um suporte 4. Coloca a superfície refletora na parte superior do tubo como mostra a figura 1 5. Liga o Lab Cradle à unidade portátil. 6. Abre um novo documento com a aplicação Vernier DataQuest. 7. Regista a temperatura ambiente ligando o sensor de temperatura ao Lab Cradle 8. Liga o sensor de som ao Lab Cradle. O sensor é automaticamente identificado, com o sinal centrado em cerca de 2,5 volts. 9. Configura o sensor para centrar o sinal a 0 volts. Posiciona o cursor sobre o campo Pressão do som. Uma vez aberto este campo, pressiona sobre zero. 10. Sobre o campo Taxa muda o nº de amostras por segundo para 5000 11. Agora terás de Configurar o modo de recolha. Para isso faz:b 1: Experiência B: Configuração Avançada 1: Acionamento 1: Configurar. 12. De seguida, seleciona sucessivamente: CH1: Microfone A aumentar até ao limiar Inserir 0.1 Inserir 5 e OK. 13. Pressiona a tecla verde e dá o estalido com a tampa junto do sensor. 14. Repete o procedimento sem apagar os dados anteriores. 2
Ficha do aluno 6. Resultados Analisa o gráfico obtido e desloca o cursor de modo a encontrar o instante correspondente ao pico máximo (emissão do sinal) e o instante correspondente ao ponto de amplitude máxima da primeira reflexão. Calcula o intervalo de tempo entre outras reflexões sucessivas. 7. Ca lculos 1.Determina a velocidade do som. 2.Calcula o erro percentual. 8.Reflete 1. Avalia a exactidão dos teus resultados e dá uma explicação para o eventual desvio ocorrido. 2. Apesar do som se propagar mais depressa na água do que no ar, quando uma pessoa acidentalmente cai de um barco à água, a pessoa que está debaixo de água não consegue ouvir os gritos de socorro das pessoas que estão no barco. Qual será a razão deste facto? 3. A pesca industrial moderna utiliza sonares para a localização de cardumes, explica como funcionam os sonares. 3