Um estudante quer determinar a velocidade do som no ar usando um tubo de comprimento variável aberto em uma…

Questão

Um estudante quer determinar a velocidade do som no ar usando um tubo de comprimento variável aberto em uma extremidade e um diapasão de frequência f = 512 Hz. No primeiro modo de ressonância observado, a posição do nível de água estabelece um comprimento efetivo L = 0,165 m. Descreva o procedimento experimental, apresente as equações relevantes (com unidades SI), calcule c e discuta fontes de erro e estimativa de incerteza.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Modelo: tubo aberto-fechado 1º modo: L = ?/4 ? ? = 4L; c = ?·f = 4 L f. Com L = 0,165 m e f = 512 Hz: c = 4·0,165·512 = 337,92 m/s ˜ 3,38×10^2 m/s. Procedimento: variar L até achar ressonância, repetir =5 vezes e tomar média e desvio; usar paquímetro/regua com resolução típica ?L ˜ 1·10?³ m. Propagação aproximada: ?c = c·(?L/L) ˜ 337,92·(0,001/0,165) ˜ 2,05 m/s. Resultado prático: c = (338 ± 2) m/s. Discutir correção de extremidade (L_eff = L + 0,6·r), influência da temperatura no c, incerteza da frequência do diapasão e alinhamento do tubo como fontes de erro; estimar incertezas instrumentais e repetir medidas para reduzir erro aleatório.

Explicação

A explicação apresenta de forma clara o modelo físico utilizado, relacionando o comprimento do tubo com a frequência do som e a velocidade do som. O cálculo da velocidade é feito de maneira precisa, considerando as variáveis envolvidas e as incertezas associadas. Além disso, a discussão sobre fontes de erro e incerteza é fundamental para entender a confiabilidade do experimento e melhorar a precisão das medições.

Raio-X da questão

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