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Velocidade do som no ar
(Determinação II)

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Apresentação
Essa nova técnica para a determinação da velocidade do som no ar envolve o uso do osciloscópio, assim como a produção e interpretação das figuras de Lissajous na tela desse instrumento.

A ilustração a seguir mostra o arranjo experimental, ressaltando o osciloscópio, o gerado de áudio freqüência (GAF), o amplificador de áudio (AMPLI), o alto falante (AF) e o microfone (M). 

O sinal senoidal produzido em GAF é amplificado em AMPLI e faz vibrar o cone do AF, produzindo ondas sonoras no ar. Parte do sinal amplificado do AMPLI é encaminhado ao amplificador horizontal interno (AHI) do osciloscópio e daí às placas defletoras horizontais do tubo de raios catódicos (TRC). A onda sonora produzida atinge o microfone de cristal M (se necessário deve-se incluir uma pré-amplificação); o sinal gerado em M é levado ao amplificador vertical interno (AVI) do osciloscópio e daí às placas defletoras verticais do TRC.

GAF é posto em cerca de 1000 Hz. A distância L entre AF e M inicia com algo entre 1,5 e 2,0 m. Ativando-se todo o arranjo, nessa situação grosseira de partida, a tela deverá exibir uma elipse. Ajustando-se adequadamente a distância L (assim como os controles de ganhos e atenuações) deve-se obter na tela, como figura de Lissajous, uma linha reta, inclinada à 45o com o eixo horizontal, pertencente ao 1o e 3o quadrantes, como se ilustra na figura (A), abaixo. Essa obtenção, que chamaremos de condição inicial, denota que os dois sinais defletores estão em concordância de fases e que a distância L, entre AF e M, contém um número inteiro (n) de comprimento de onda (l) do som no ar.  

A partir dessa situação inicial (bem estabilizada) se alterarmos a distância L, os sinais chegarão defasados ao TRC e visualizaremos uma elipse.

Acentuando um pouco mais essa alteração na distância L, pode-se conseguir na tela uma linha reta pertencente ao 2o e 4o quadrantes, agora a 135o com o eixo horizontal. Essa defasagem de 180o entre os sinais indica que o deslocamento DL1 de M foi de meio comprimento de onda (DL1= l / 2). Ilustramos isso na figura (B) acima.

Prosseguindo a alteração de L (no mesmo sentido), a linha reta passará sucessivamente por elipses, retomando à condição inicial, da figura (A), denotando nova concordância de fases. A nova distância L3 conterá um comprimento de onda a mais (ou a menos) que L1, ou seja, |L3 - L1| = l .
Conhecida a freqüência f, imposta pelo GAF, e o comprimento de onda
l , obtém-se a velocidade do som no ar, na temperatura ambiente, pela relação:

V = l f



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