Enunciado

Um fio de aço cilíndrico uniforme de 55,0   c m de comprimento e 1,14   m m de diâmetro é fixado em ambas as extremidades. A que tensão ele deve ser ajustado para que, ao vibrar em seu primeiro sobretom, produz uma nota D de frequência 311   H z ?

Suponha que a deformação do fio seja desprezível. (sugestão: use a Tabela 14.1)

Passo 1

As frequências das ondas estacionarias que se forma no fio são dadas pela seguinte relação:

f n = n v 2 L

Onde:

v = F / μ

Podemos utilizar a tabela 14.1, para saber qual é a densidade volumétrica do aço: ρ = 7,8 ⋅ 10 3   k g / m 3 .

Passo 2

Como sabemos a densidade volumétrica podemos utiliza-lá para encontrar a densidade linear ( μ ), para isso temos que primeiro descobrir quanto vale a massa:

ρ = m V

m = ρ V

Agora sim, podemos descobrir quem é μ :

μ = m L = ρ V L = ρ π r 2

O volume é conhecido pois o enunciado nos fornece os dados das dimensões do fio de aço.

Outro dado que nos temos é o valor de n , pois o exercício quer saber a tensão no primeiro sobretom que significa: n = 2 .

Passo 3

Com todos esses dados que nos temos basta apenas descobrir qual é a velocidade para poder calcular a tensão no fio. Para isso vamos usar a nossa primeira equação:

f n = n v 2 L

v = 2 L f n n = L f n

Substituindo todos esses resultado em v = F / μ

e isolando a tensão, temos:

v = F / μ

L f n = F ρ π r 2

F = L 2 f n 2 ρ π r 2

Passo 4

Substituindo os valores:

F = 0,550 m 2 311 H z 2 7,8 ⋅ 10 3 k g m 3 π 0,57 ⋅ 10 - 3 m 2

F = 233 N

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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