Velocidade do som
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Objetivo

O experimento visa medir a velocidade do som no ar. O experimento exige que nós calculemos o tempo que um pulso de som leva para percorrer uma determinada distância. Para deduzir com precisão a velocidade do som, traçaremos um gráfico da distância percorrida versus o tempo gasto e, finalmente, obteremos a inclinação.

Teoria

Um som é uma onda que se propaga através da mudança de pressão. O objeto que gera o som empurra o ar, resultando no aumento da pressão na frente dele. O ciclo criará um movimento de regiões altas e baixas na onda criando som.

Para determinar a velocidade de um objeto, sua posição é medida em função do tempo. Mantendo a velocidade constante, a posição de um objeto sempre mudará linearmente, aumentando no tempo. Da relação

Velocidade = distância percorrida / tempo decorrido

Nós obtemos

x=Vt+xo

onde

x0 = posição inicial do objeto.

A partir da equação linear acima percebemos que a inclinação do gráfico traçado dará a velocidade do objeto.

O movimento do som no ar depende da densidade e temperatura do ar de propagação. Usando o som na freqüência 20Hz, a dependência da temperatura pode ser calculada a partir da equação

onde

T = temperatura em graus

Teoricamente à pressão atmosférica normal, com o som de umidade relativa 50% se move a uma velocidade média de 345.25 m / s. Para podermos realizar o experimento, medimos o tempo gasto para percorrer a distância determinada.

Aparelho e procedimento

Tubo de Lucite: está equipado com dois alto-falantes, onde um alto-falante é instalado no final do tubo, enquanto o outro é móvel dentro do tubo. A distância entre os dois alto-falantes pode ser medida usando uma fita métrica usada para calibrar o interior do tubo. O primeiro orador é o transmissor, enquanto o segundo é o detector do pulso de som.

Gerador de pulsos elétricos: fornecerá o pulso de tensão que irá gerar o som a ser transmitido em intervalos de tempo constantes. O tempo entre a aplicação da tensão e a aparência do pulso no alto-falante receptor será igual ao tempo que o pulso de som leva para percorrer os dois alto-falantes.

Osciloscópio: o feixe de elétrons pode ser usado para medir as várias velocidades quando varrido horizontalmente. O tempo entre o início do movimento horizontal do feixe de elétrons e o início da deflexão vertical é igual ao tempo de deslocamento do pulso de som entre os dois alto-falantes.

Procedimento

  • Mova o segundo alto-falante até que o primeiro pico agudo grande do traçado de tensão exibido na tela do osciloscópio coincida com a linha vertical 0.5 ms correspondente ao tempo t, igual a 0.5 ms. Meça e registre a posição, x, do segundo orador em uma tabela que consiste em duas colunas, uma para o tempo t e a outra para a posição x.
  • Repita o passo 1 acima para valores adicionais de t [1, 1.5, 2, 2.5 e 3 ms] correspondentes a outras linhas verticais na tela do osciloscópio. Continue a usar a tabela um para esses dados.
  • Plote um gráfico de x (cm) versus t (ms). Na aula, você plota esse gráfico usando o Excel.
  • Como a velocidade do som é constante, o gráfico de x vs. t deve ser uma linha reta. Usando estatísticas bidimensionais, regressão linear, vexp.

Dados

tempo t (ms)posição X (cm)
0.521.5
138.2
1.555.7
273.52
2.589.8
3107.5

Cálculo e análise

Inclinação do gráfico = (Δy) / Δx

Vexp = 34.43543 cm / ms

Interceptar = 4.108

coeficiente de correlação linear, R2 = 0.999883

Sy = 0.390355

Sdeclive = 0.186625

Sinterceptar = 0.363401

Gráfico

Questões

  • A linha reta indica que a velocidade do som é uniforme durante toda a duração da propagação.
  • O gráfico resultante teria sido uma curva, pois a aceleração seria diferente de zero, variando constantemente.
  • Distância para t = 0.5 ms
  • Distância = velocidade x tempo

    = 34.43543 cm / ms x 0.5

    = 17.2177 cm

  • Distância percorrida pela luz
  • Distância = velocidade (c) x tempo

    = (3.00 x 108 m / s.) X (0.5 x 10-3)

    = 150000 x 1609.34-1

    = Milhas 93.2059

    • a) A proximidade do coeficiente de correlação linear, R2, mostra que as duas variáveis ​​estão linearmente relacionadas.
    • b) Obter a distância movida pelo pulso durante cada intervalo de tempo.

Conclusão

Finalmente, fica evidente a partir do experimento que o valor obtido está próximo do valor teórico. Também pode ser razoavelmente deduzido que os parâmetros tempo e distância estão linearmente relacionados.

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anexos:
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Baixe este arquivo (speed_of_sound.pdf)Velocidade do somVelocidade do som411 kB

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