Ficha - AL 2.2 Velocidade de propagação do som

 

1. Em situações de emergência, os automobilistas podem usar a buzina para emitir um sinal sonoro que, ao propagar-se no ar, origina uma onda sonora.

Sabendo que uma onda sonora no ar é uma onda mecânica longitudinal, descreva como ocorre a propagação de um sinal sonoro no ar.

2. Com o objetivo de determinar experimentalmente a velocidade de propagação do som no ar, um grupo de alunos fez uma montagem semelhante à representada na figura, na qual utilizou um osciloscópio, um gerador de sinais, um microfone, um altifalante com suporte e fios de ligação.

Os alunos começaram por ligar o gerador de sinais ao osciloscópio para produzir um sinal elétrico que registaram no osciloscópio. Ligaram depois o altifalante ao gerador de sinais e o microfone ao osciloscópio, tendo o cuidado de alinhar sempre o altifalante e o microfone, no decorrer das experiências que realizaram.

O valor tabelado da velocidade de propagação do som no ar, nas condições em que foram realizadas as experiências, é 342,3 m s-1.

2.1. Indique a razão pela qual os alunos ligaram o altifalante ao gerador de sinais e a razão pela qual ligaram o microfone ao osciloscópio.

2.2. Os alunos mantiveram o altifalante e o microfone à mesma distância um do outro.

A figura representa o ecrã do osciloscópio onde estão registados os sinais obtidos no decorrer da experiência .

2.2.1. Os sinais registados no ecrã do osciloscópio apresentam ...

(A) ... igual amplitude e igual frequência.

(B) ... igual amplitude e diferente frequência.

(C) ... diferente amplitude e diferente frequência.

(D) ... diferente amplitude e igual frequência.

2.2.2. Quanto tempo demorou o sinal sonoro a percorrer a distância entre o altifalante e o microfone?

(A) 10 ms

(B) 2 ms

(C) 1 ms

(D) 0,5 ms

2.3. Os alunos afastaram depois gradualmente o microfone do altifalante e mediram, para cada distância entre estes, o tempo que o sinal sonoro demorava a percorrer essa distância.

 

Os valores obtidos estão registados na tabela .

Determine o erro relativo, em percentagem, do valor experimental da velocidade de propagação do som no ar.

Comece por obter o valor experimental da velocidade de propagação do som no ar, em metro por segundo (ms-1), a partir do declive da reta que melhor se ajusta ao conjunto de valores apresentados na tabela (utilize a calculadora gráfica).

Apresente todas as etapas de resolução.

(Questão adaptada de exame nacional)

3. Um grupo de alunos usou o osciloscópio para determinar a velocidade de propagação do som no ar, cujo valor tabelado é 342 m s-1 para a temperatura da sala. Os alunos ligaram um gerador de sinais ao osciloscópio pelo canal 1 e a um aparelho X. A 35,0 cm do aparelho X colocaram um aparelho V, que também foi ligado ao canal 2 do osciloscópio. A figura ilustra o osciloscópio depois de os alunos produzirem um sinal no gerador de sinais.

3.1. Identifique os aparelhos X e V e indique a função de cada um.

3.2. Qual a frequência do sinal produzido no gerador de sinais?

3.3. Qual dos sinais (A ou B) chegou ao osciloscópio pelo canal 2? Justifique.

3.4. Calcule a velocidade de propagação do som no ar, medida nas condições experimentais, e avalie a sua exatidão determinando o respetivo erro relativo em percentagem.

4. Sendo o som uma onda mecânica, a velocidade de propagação vai depender do meio.

Selecione a opção que completa corretamente a frase : “Uma onda sonora propaga-se com maior velocidade num meio ...

(A) ... sólido.”

(B) ... líquido.”

(C) ... gasoso.”

5. Um campista escolhe uma região rodeada de montanhas junto a um curso de água.

5.1. Quando está a montar a tenda, ele produz um barulho com o martelo e vai ouvir dois ecos, o primeiro passados 6 s do som ter sido produzido e o outro passados 10 s.

5.1.1. A que distância da tenda se encontram as duas montanhas mais próximas? Considere vsom (ar)= 340 m s-1.

5.1.2. O intervalo de tempo entre os dois ecos será o mesmo num dia frio de inverno ou num dia muito quente?

5.2. O campista é acordado com um abalo no solo, provocado por uma explosão ocorrida num local na mesma margem do rio, a uma distância d, mas só ouve o estrondo passados 16 s.

5.2.1. Será possível determinar d?

5.2.2. Se o campista estivesse a tomar banho no rio, ele aperceber-se-ia do abalo mais tarde ou mais cedo? Justifique. (vsom (solo)= 3750 m s-1; V50m (água) = 1500 m s-1)

6. Com o objetivo de determinar a velocidade de propagação do som no ar fez-se a montagem da figura seguinte.

Encostou-se de início o microfone ao altifalante. Depois variou-se a distância entre eles e, para alguns valores da distância, mediu-se o desfasamento temporal dos
sinais elétricos visualizados, construindo-se a seguinte tabela de dados:

a) Por que razão se visualizaram dois sinais no osciloscópio? Compare esses sinais, justificando, quanto à amplitude e frequência.

b) Construa o gráfico distância-tempo e, a partir dele, determine a velocidade de propagação do som no ar. Calcule o erro percentual do resultado sabendo que o valor tabelado para a velocidade do som, à temperatura em que foi feita a experiência, é 337 m s-1.

7. Em dias de trovoada é habitual ver-se primeiro o relâmpago e só depois ouvir o trovão. Isto acontece porque a luz percorre a distância entre a origem da trovoada e o local onde nos encontramos com uma velocidade muito maior do que a do som .

7.1 . Num desses dias, uma pessoa vê um relâmpago entre uma nuvem e a superfície da Terra. Passados 6 s, essa pessoa ouve o som do trovão.

Sabendo que a velocidade do som no ar é 340 ms-1, qual é a distância entre a pessoa e o ponto onde se produziu o relâmpago?

(A) 2040 m

(B) 56,7 m

(C) 1020 m

(D) 2400 m

7.2. A pessoa não perceciona o relâmpago e o trovão ao mesmo tempo porque:

(A) a emissão do sinal sonoro é mais demorada que a emissão do sinal luminoso.

(B) o sentido da audição da pessoa é mais precário que o da visão.

(C) o sinal sonoro propaga-se no espaço com menor velocidade que o sinal luminoso.

(D) o sinal sonoro, por ser onda mecânica, é bloqueado pelas moléculas de ar.

8. Um navio, para efetuar uma sondagem submarina, utiliza o método do eco (sonar): emite sinais sonoros verticais e regista o intervalo de tempo .6.t entre a emissão e a receção do sinal. A velocidade do som na água é de 1,4 km s-1.

Com o navio a mover-se com movimento retilíneo segundo o eixo dos xx, traça-se o gráfico indicado na figura.

Conclui-se que na posição x1 existe:

(A) uma depressão submarina cujo fundo está a 2,8 km do nível do mar;

(B) uma depressão submarina cujo fundo está a 5,2 km do nível do mar;

(C) uma elevação submarina cujo pico está a 1,4 km do nível do mar;

(D) uma elevação submarina cujo pico está a 2,8 km do nível do mar.

Indique, justificando, qual a afirmação correta.

9. Para medir a velocidade de propagação do som no ar, um grupo de alunos preparou a montagem experimental. Os microfones estão ligados ao computador e este tem um software de tratamento de som aberto.
Depois de deixarem cair a tampa em cima da mesa, junto às extremidades da mangueira, viu-se no ecrã do computador a imagem seguinte.

9.1. Explique o aparecimento de dois sinais na imagem.

9.2. Quanto tempo demorou o som a percorrer a mangueira?

9.3. Sabendo que a mangueira tinha 10 m, determine a velocidade de propagação do som no ar dentro da mangueira.

9.4. Nas condições experimentais, o som propaga-se no ar a 343 m s-1. Avalie a exatidão do valor medido pelos alunos, determinando o erro percentual.

10. Os ultrassons têm uma frequência superior àquela que o ouvido humano pode detetar.

Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte.

"Para o mesmo meio de propagação, quanto maior for a frequência de uma onda sonora, ...

(A) ... menor será a sua amplitude."

(B) ... menor será o seu comprimento de onda."

(C) ... maior será o seu período."

(D) ... maior será a sua velocidade de propagação."

11. Para determinar a velocidade do som no ar, a uma dada temperatura, utilizou-se um osciloscópio, um microfone e um tubo de 2,0 m tapado num dos lados, tendo o microfone sido colocado junto à entrada do tubo. Produziu-se um som.

A figura seguinte representa a imagem visualizada no ecrã do osciloscópio.

A base de tempo (escala horizontal) foi ajustada para 2,0 ms/divisão.

11.1. Refira o que representam os picos que se observam no ecrã do osciloscópio.

11.2. Selecione a opção que completa corretamente a frase: “A amplitude do primeiro pico é de:

(A) ... 36 mV.”

(B) ... 48 mV.”

(C) ... 12 mV.”

(D) ... 24 mV.”

11.3. Com base nos dados obtidos no osciloscópio, determine a velocidade do som.

11.4. Sabendo que o valor da velocidade do som obtido experimentalmente apresenta um erro relativo percentual, por excesso, de 1,5%, indique qual deverá ser o valor de tabela para a velocidade do som no ar seco, à temperatura considerada.

Contactos

© Triplex