Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 12º - Capítulo 16.Exercício - Ex. 26
Ache a frequência fundamental e a frequência de cada um dos três primeiros sobretons de um tubo de de comprimento sabendo que a) o tubo possui as duas extremidades abertas; b) uma das extremidades do tubo está fechada. Use o valor . c) Em cada um dos casos anteriores, qual é o número de harmônicos superiores que podem ser ouvidos por uma pessoa capaz de ouvir frequências no intervalo de até ?
Passo 1
a) O tubo está aberto nas extremidades, usamos então a equação:
Como queremos o modo fundamental:
Temos o comprimento do tubo e a velocidade do som:
Com esse valor a gente pode calcular os próximos modos:
Esses serão os três sobretons.
Passo 2
b) Para o tubo com uma extremidade fechada, a gente usa a equação:
No caso do modo fundamental:
Substituindo os valores:
Como só pode assumir valores ímpares para o caso de uma das extremidades fechadas, o primeiro sobretom será , o segundo e o terceiro . Usando o modo fundamental para calcular os outros:
A gente tem:
Passo 3
c) A questão quer saber quantos harmônicos acima do fundamental é possível ser escutado por uma pessoa, como o limite superior de frequência que podemos ouvir é , basta dividir esse valor pelo valor da frequência no modo fundamental, isso é o mesmo que aplicarmos a equação:
E isolarmos :
No a gente põe o limite da nossa audição e no a frequência fundamental. Vamos começar pelo tubo aberto nas duas extremidades:
E para o tubo fechado em uma:
Mas como só podem ímpares: