Neste presente tópico a equipe apresentara um pouco da
teoria envolvida no tubo de Kundt, do experimento que consiste na criação de
ondas em um tubo de acrílico fechado, a onda em questão será produzida através
de alto-falante que vibra a uma frequência constante determinada por um gerador
de função.
As ondas podem ser divididas entre mecânicas e
eletromagnéticas. As mecânicas, são aquelas que dependem de um meio para se propagar,
como acontece em uma corda esticada após ser tocada, a perturbação produzida se
propaga ao longo da corda como uma onda. A perturbação, nesse caso, é a mudança
da forma da corda, a partir de sua forma de equilíbrio. Ondas como a da corda
são chamadas de transversais em que os segmentos da corda se propagam, para
frente e para trás e o movimento do meio é perpendicular
ao sentido de propagação. Ondas nas quais o movimento do meio se da ao longo da
direção de propagação da perturbação são chamadas de ondas longitudinais. Ondas
sonoras, que serão utilizadas em nosso experimento, são exemplos de ondas longitudinais
(TIPLER,2006).
No caso do tubo sonoro de kundt, a onda emitida ao se
chocar com a extremidade fixa do tubo, sofrera uma reflexão em um sentido
contrario ocorrendo uma interferência entre as ondas, segundo TIPLER,2006 em
sua literatura “Física para cientistas e engenheiros- volume1”, “[...] para
dado tubo, há certas frequências para as quais a superposição resulta em um
padrão estacionário de vibração chamado de onda estacionaria”. O processo citado anteriormente pode ser
observado na figura 1, onde as interferências destrutivas, pontos de contato
entre as ondas, são chamados de
nó.
Figura1 – Ondas estacionarias
Fonte: http://fambnoensinomedio.blogspot.com.br/2012/03/ondas-estacionarias-em-um-microondas.html
Conhecendo um pouco sobre ondas, e seu momento
estacionário, podemos obter suas grandezas necessárias para a execução do experimento
no tubo de kundt. Para que possamos encontrar a velocidade de propagação do som
no interior do tubo pode ser calculada conhecendo-se a frequência (f) de
ressonância e o comprimento de onda (λ), a velocidade do som já é conhecida, que segundo TIPLER, 2006, é de 344m/s.
(1)
Em analogia com
as ondas estacionárias produzidas no interior do tubo, a extremidade aberta
corresponde a um antinodo(ventre) e a extremidade fechada a um nodo (nó).
Assim, o comprimento efetivo L do tubo corresponde a:
(2)
Para n = 1, 3, 5… Onde n é chamado de número do harmônico.
Um ventre pode
se formar na extremidade fechada do tubo, situa-se um pouco fora do tubo e
devemos corrigir o comprimento do tubo acrescentando ao mesmo 0,6R (raio) para
que possamos utilizar apenas o ponto do nó. (3)
Para os cálculos podemos levar em consideração o
comprimento efetivo do tubo (Lef). Através das equações (1) e (2) podemos
mostrar que a frequência de ressonância pode ser expressa em função do
comprimento efetivo do tubo (Lef) do tubo através da seguinte relação:
Para n = 1, 3, 5…
Referencias:
TIPLER,
P. A.; MOSCA, G. Física para cientistas e engenheiros - Mecânica, Oscilações e
Ondas, Termodinâmica. 6.ed. LTC, 2006.
Pedro Rabelo Rocha
Graduando em Engenharia Mecânica
Centro Universitário Senai Cimatec
