Difference between revisions of "Determinação da Velocidade do Som"

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A montagem consiste num tubo (por vezes referenciado como “tubo de Kundt”) de PVC, com 1458 milímetros de comprimento, em que numa das pontas está fixo um altifalante que pode produzir uma onda sonora sinusoidal ou triangular ou apenas um pulso sonoro. Na extremidade oposta está um êmbolo que pode ser deslocado, alterando assim o comprimento efectivo do tubo. Ao longo do tubo, estão colocados vários microfones para adquirir a intensidade do sinal sonoro.
 
  
A tabela seguinte descreve a posição dos microfones em relação ao altifalante:
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*Video: rtsp://elabmc.ist.utl.pt:554/statsound.sdp
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*Laboratório: Avançado em e-lab.ist.eu[http://e-lab.ist.eu]
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*Sala de controlo: statsound
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=Aparato experimental=
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A montagem consiste num tubo (por vezes referenciado como “tubo de Kundt”) de PVC, com 1458 milímetros de comprimento, em que numa das pontas está fixo um altifalante que pode produzir uma onda sonora sinusoidal ou triangular, ou apenas um pulso sonoro. Na extremidade oposta está um êmbolo que pode ser deslocado, alterando assim o comprimento efectivo do tubo. Ao longo do tubo, estão colocados vários microfones para adquirir a intensidade do sinal sonoro.
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A tabela seguinte descreve a posição dos microfones em relação à fonte (altifalante):
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! Referência 
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! Distância à fonte (mm)
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| Mic 1 (referência)       
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| Mic 2 (centro do tubo)   
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| Mic 3 (extremidade do tubo)
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| Mic 4 (superfície do êmbolo)
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| Entre 1260 e 1480
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| Extremidade do tubo
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| 1450
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|+ Tabela 1 – Distância dos microfones à fonte (altifalante)
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Referência
 
Distância à fonte (altifalante)
 
Mic 1 (referência)
 
250 mm
 
Mic 2 (centro do tubo)
 
750 mm
 
Mic 3 (extremidade do tubo)
 
1250 mm
 
Mic 4 (superfície do êmbolo)
 
Entre 1260 e 1480 mm
 
Extremidade do tubo
 
1450 mm
 
Tabela 1 – Distância dos microfones à fonte (altifalante)
 
  
 
O microfone de referência (Mic 1) deve ser utilizado para verificar se o som produzido é o pretendido e se não ocorre distorção pelo altifalante. Na extremidade oposta ao altifalante, embutido no êmbolo, existe um microfone (Mic 4). O êmbolo pode-se deslocar entre 1269mm e 1475mm, criando condições para existirem ondas estacionárias. A partir dos 1455 milímetros, o êmbolo está no exterior do tubo.
 
O microfone de referência (Mic 1) deve ser utilizado para verificar se o som produzido é o pretendido e se não ocorre distorção pelo altifalante. Na extremidade oposta ao altifalante, embutido no êmbolo, existe um microfone (Mic 4). O êmbolo pode-se deslocar entre 1269mm e 1475mm, criando condições para existirem ondas estacionárias. A partir dos 1455 milímetros, o êmbolo está no exterior do tubo.
 
O som é adquirido pelos dois canais de uma placa de som, sendo o canal esquerdo (CH 1) referente sempre ao microfone de referência (Mic 1). O outro canal (CH 2) pode ser conectado a qualquer um dos restantes três microfones.
 
O som é adquirido pelos dois canais de uma placa de som, sendo o canal esquerdo (CH 1) referente sempre ao microfone de referência (Mic 1). O outro canal (CH 2) pode ser conectado a qualquer um dos restantes três microfones.
Os dados da experiência são captados pela placa de som e tratados online (normalizados).</div>
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Os dados da experiência são captados pela placa de som e tratados online (normalizados).
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===Protocolo=== <!-- Secção colapsável -->
 
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Esta montagem é também usada para a experiência de estacionárias, tendo por isso dois modos de funcionamento: no modo "Velocidade do som" é adquirida a amplitude da onda ao longo do tempo.
 
  
Para determinar a \( v_{som} \), deve-se escolher um estímulo do tipo pulso e medir o intervalo de tempo que a onda demora entre o microfone 1 (referência) e um dos outros (microfone 2, 3 ou 4). A velocidade do som pode ser calculada com as distâncias presentes na tabela 1 e a fórmula:
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=Protocolo=
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[[File:AnaliseVelocidadeSom.png||thumb|Determinação do tempo de voo dum pulso de 1 ms entre o Mic 1 e Mic 3 que se localizam a 1 m de distância.|right|border|236px]]
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Esta montagem é também usada para a experiência sobre [[Estudo de Estacionárias |ondas estacionárias]], tendo por isso mais dois modos de funcionamento: no modo "Velocidade do som" (que é o usado nesta experiência) é adquirida a amplitude da onda ao longo do tempo.
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Para determinar a \( v_{som} \), deve escolher-se um estímulo do tipo "pulso" e medir o intervalo de tempo que a onda demora entre o microfone 1 (referência) e um dos outros (microfone 2, 3 ou 4). A velocidade do som pode ser calculada com as distâncias presentes na tabela 1 e a fórmula:
  
\[
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v_{som} = \frac{\Delta}{\Delta t}
 
v_{som} = \frac{\Delta}{\Delta t}
\]
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===Protocolo Avançado=== <!-- Secção colapsável -->
 
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Em construção.</div>
 
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onde \(s\) é a distância entre os microfones seleccionados. Podem ser usadas outras formas de onda, mas isto requer uma análise cuidada da da fase entre sinais.
===Análise de Dados===
 
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Em construção.</div>
 
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=Protocolo Avançado=
===Princípios Teóricos=== <!-- Secção colapsável -->
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Usar a função de coerência entre os sinais adquiridos permite determinar a diferença de fase entre microfones com maior precisão. Usando software apropriado como Matlab ou Octave, é fácil determinar a direfença de fase (mscohere). Ruído branco ou rosa é bastante adequado para este fim pois não apresentam indeterminação de fase.
<div class="mw-collapsible-content">
 
Em construção.</div>
 
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===Elementos Históricos=== <!-- Secção colapsável -->
 
<div class="mw-collapsible-content">
 
Em construção.</div>
 
</div>
 
  
===Bibliografia===
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=Ligações=
Em construção.
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*[[Determination of the Speed of Sound | Versão em Inglês (English Version)]]
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*[http://e-escola.ist.utl.pt/topico.asp?id=62 Artigo no portal e-escola sobre esta experiência]

Latest revision as of 20:03, 24 May 2015

Descrição da Experiência

Esta experiência permite a determinação da velocidade do som.


Ligações

  • Video: rtsp://elabmc.ist.utl.pt:554/statsound.sdp
  • Laboratório: Avançado em e-lab.ist.eu[1]
  • Sala de controlo: statsound
  • Nível: ****


<swf height="290" width="500">http://www.elab.tecnico.ulisboa.pt/anexos/descricoes-flash/StatSound.swf</swf>


Aparato experimental

A montagem consiste num tubo (por vezes referenciado como “tubo de Kundt”) de PVC, com 1458 milímetros de comprimento, em que numa das pontas está fixo um altifalante que pode produzir uma onda sonora sinusoidal ou triangular, ou apenas um pulso sonoro. Na extremidade oposta está um êmbolo que pode ser deslocado, alterando assim o comprimento efectivo do tubo. Ao longo do tubo, estão colocados vários microfones para adquirir a intensidade do sinal sonoro.

A tabela seguinte descreve a posição dos microfones em relação à fonte (altifalante):

Referência Distância à fonte (mm)
Mic 1 (referência) 250
Mic 2 (centro do tubo) 750
Mic 3 (extremidade do tubo) 1250
Mic 4 (superfície do êmbolo) Entre 1260 e 1480
Extremidade do tubo 1450
Tabela 1 – Distância dos microfones à fonte (altifalante)


O microfone de referência (Mic 1) deve ser utilizado para verificar se o som produzido é o pretendido e se não ocorre distorção pelo altifalante. Na extremidade oposta ao altifalante, embutido no êmbolo, existe um microfone (Mic 4). O êmbolo pode-se deslocar entre 1269mm e 1475mm, criando condições para existirem ondas estacionárias. A partir dos 1455 milímetros, o êmbolo está no exterior do tubo. O som é adquirido pelos dois canais de uma placa de som, sendo o canal esquerdo (CH 1) referente sempre ao microfone de referência (Mic 1). O outro canal (CH 2) pode ser conectado a qualquer um dos restantes três microfones. Os dados da experiência são captados pela placa de som e tratados online (normalizados).


Protocolo

Determinação do tempo de voo dum pulso de 1 ms entre o Mic 1 e Mic 3 que se localizam a 1 m de distância.

Esta montagem é também usada para a experiência sobre ondas estacionárias, tendo por isso mais dois modos de funcionamento: no modo "Velocidade do som" (que é o usado nesta experiência) é adquirida a amplitude da onda ao longo do tempo. Para determinar a \( v_{som} \), deve escolher-se um estímulo do tipo "pulso" e medir o intervalo de tempo que a onda demora entre o microfone 1 (referência) e um dos outros (microfone 2, 3 ou 4). A velocidade do som pode ser calculada com as distâncias presentes na tabela 1 e a fórmula:

[math] v_{som} = \frac{\Delta}{\Delta t} [/math]

onde \(s\) é a distância entre os microfones seleccionados. Podem ser usadas outras formas de onda, mas isto requer uma análise cuidada da da fase entre sinais.

Protocolo Avançado

Usar a função de coerência entre os sinais adquiridos permite determinar a diferença de fase entre microfones com maior precisão. Usando software apropriado como Matlab ou Octave, é fácil determinar a direfença de fase (mscohere). Ruído branco ou rosa é bastante adequado para este fim pois não apresentam indeterminação de fase.


Ligações