Protocolo Laboratorial- 11 º ano AL 2.2. Velocidade de propagação do som

Física 11.º ano AL 2.2. Velocidade de propagação do som Aceite para publicação em 7 de dezembro de 2018

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Física 11.º ano AL 2.2. Velocidade de propagação do som Domínio: Ondas e eletromagnetismo Subdomínio: Sinais e ondas

Atividade Determinação da velocidade de propagação de um sinal sonoro usando o Soundcard Scope

Preparação Montagem da atividade e configuração do programa Soundcard Scope

1.ÂŞ Parte Resultados obtidos na atividade laboratorial

Imagem obtida no primeiro ensaio quando microfones se encontravam separados por 1,5000 m.

os

Ensaio 1

/m

ms

1,5000

4,333 4,333 4,354 5,784

2

2,0000

5,806 5,784 7,236

3

2,5000

7,215 7,215 8,666

4

3,0000

8,645 8,687 10,117

5

3,5000

10,117 10,139

/s

2.ª Parte Proposta de resolução das questões pós-laboratoriais

1. Obtenha, a partir da equação da reta que melhor se ajusta aos valores registados na tabela, o valor experimental da velocidade de propagação do sinal sonoro produzido. Utilize a calculadora gráfica. Apresente a respetiva equação.

Introduzindo os valores da distância, , e do intervalo de tempo, , na calculadora gráfica ou usando um programa de computador (por exemplo, a folha de cálculo Excel) e procedendo à regressão linear, obtemos o gráfico seguinte:

A equação da reta que melhor se ajusta aos dados experimentais indica o declive 346,2 m/s, que corresponde ao valor da velocidade de propagação do som no ar.

2. Qual seria o valor do intervalo de tempo medido se os microfones se encontrassem afastados de 5,000 m?

Apresente o resultado com quatro algarismos significativos.

Considerando que o valor da velocidade de propagação do som no ar é 346,2 m/s, o intervalo de tempo será:

s

3. Admita que o valor da velocidade do som, , está relacionado com a temperatura do ar, , em graus Celsius, através da expressão:

(m/s).

Esta equação é uma boa aproximação à expressão teórica, para valores que incluem a temperatura ambiente.

3.1. Indique o valor da temperatura a que se encontrava o laboratório quando se realizou a atividade experimental. Tenha em atenção a incerteza associada à sua medição.

Como o termómetro é analógico a incerteza associada à medição da temperatura é igual a metade da menor divisão da escala. A menor divisão da escala é 1 ºC, então a incerteza é 0,5 ºC. O laboratório encontrava-se à temperatura ºC quando os ensaios foram realizados.

3.2. Calcule o valor teórico da velocidade de propagação do sinal sonoro, tendo em consideração a expressão que o relaciona com a temperatura.

O valor da velocidade do som está relacionado com a temperatura através da expressão: m/s

em que representa o valor da temperatura em graus Celsius.

Assim, o valor teórico da velocidade do som no ar, à temperatura de 25,0 ºC, será: m/s

3.3. Determine o erro relativo, em percentagem, do valor experimental da velocidade de propagação do som no ar. Faça um comentário crítico em relação à exatidão.

O erro relativo em percentagem foi:

O erro percentual é . O sinal negativo indica que o valor experimental é menor do que o valor teórico.

Tendo em consideração que o erro percentual é muito pequeno (), podemos afirmar que o valor obtido experimentalmente ( m/s) é concordante com o valor teórico ( m/s), por isso, a exatidão foi elevada.

4. Enquanto os alunos observavam o sinal registado pelo osciloscópio digital, um deles afirmou: “O som captado pelos microfones é periódico e harmónico.”

Comente a afirmação.

A afirmação é falsa.

O sinal não é periódico porque não se repete em intervalos de tempo regulares e não é harmónico porque não pode ser descrito por uma função sinusoidal.

Trata-se de um sinal complexo porque resulta da sobreposição de vários harmónicos.

5. Além do desfasamento temporal, há outro fator que permite associar os sinais visualizados no monitor do computador aos microfones 1 e 2. Indique esse fator e fundamente a sua resposta.

A onda, ao propagar-se no ar, desloca-se em todas as direções desde o emissor ao recetor. Com o aumento da distância entre o emissor e o recetor, a mesma energia vai-se distribuir por uma área maior, logo a intensidade sonora vai diminuindo. Por isso, o som detetado pelo microfone 2 é mais fraco, uma vez que a sua distância ao emissor é maior. Assim, o sinal que corresponde ao microfone 2 é o de menor amplitude.

6. Tendo em consideração a experiência realizada, selecione a alternativa que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b), de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte: Nesta atividade fez-se uma determinação ___(a)___ da distância e uma determinação ___(b)___ do valor experimental da velocidade do som no ar.

(A) … direta … direta …

A opção correta é a (B).

(B) … direta … indireta …

A distância entre os microfones (C) … indireta … direta … obteve-se por medição direta (D) … indireta … indireta … com a fita métrica.

O valor da velocidade do som no ar foi determinado a partir de uma relação matemática entre a distância e o tempo.

7. Considere os resultados obtidos no primeiro ensaio. Se esse ensaio fosse realizado num dia em que a temperatura ambiente fosse superior, mas em que se mantivesse a distância entre os microfones, o intervalo de tempo medido pelo programa seria maior, menor ou igual? Justifique.

O valor da velocidade do som aumenta com a aumento da temperatura, de acordo com a expressão: m/s.

Como , o intervalo de tempo seria menor, já que a distância permaneceu constante.

8. A fita métrica usada estava graduada em cm. A figura representa a parte final dessa fita. Qual é o valor do alcance e a incerteza de leitura associada à escala dessa fita métrica?

O alcance é o valor máximo que um aparelho pode medir.

Neste caso, o alcance da fita métrica é 500 cm. Nos instrumentos de medida analógicos, a incerteza de leitura corresponde a metade da menor divisão da escala (exceto se existir outra indicação do fabricante). A menor divisão da escala da fita métrica é 0,1 cm. Portanto, a incerteza é 0,05 cm.

9. Selecione a alternativa que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b), de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte: Uma onda sonora que se propaga no ar é ___(a)___ e ___(b)___.

(A) ... mecânica ... transversal.

(B) ... mecânica ... longitudinal.

A opção correta é a (B).

(C) ... eletromagnética ... transversal.

(D) ... eletromagnética ... longitudinal.

Os sinais sonoros são ondas mecânicas pois necessitam de um suporte material para se propagarem. Quando se propagam nos gases e líquidos, são ondas longitudinais porque a vibração ocorre ao longo da direção de propagação. Nos sólidos poderá ocorrer, também, vibração segundo a direção perpendicular à de propagação.

Albino Rafael Pinto – Agrupamento de Escolas da Lixa, Felgueiras albinorafaelpinto@gmail.com

Carlos Saraiva – Agrupamento de Escolas de Trancoso carlos.saraiva1@gmail.com