Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 17.5 - Ex. 50
Um tubo com de comprimento é fechado em uma das extremidades. Uma corda esticada é colocada perto da extremidade aberta. Uma corda esticada é colocada perto da extremidade aberta. A corda tem de comprimento e de massa, está fixa nas duas extremidades e oscila no modo fundamental. Devido à ressonância, faz a coluna de ar no tubo oscilar na sua frequência fundamental. Determine a frequência fundamental da coluna de ar e a tensão na corda.
Passo 1
Vamos pensar no perfil harmônico de um tubo fechado em uma das extremidades.
A fórmula que relaciona a frequência com seu harmônico é
A frequência fundamental é com ,
Então temos:
Passo 2
Tendo a velocidade de propagação e a densidade linear, podemos determinar a tensão na corda através da seguinte relação:
Mas não temos nem e nem . No entanto sabemos que a densidade é a razão da massa pelo comprimento, assim:
Passo 3
Mas e a velocidade? A velocidade na corda, em termos da frequência e do comprimento de onda é dado por:
Mas aqui duas coisas são importantes:
1ª: as duas extremidades da corda estão fixas e ela oscila na frequência fundamental, sendo assim o comprimento da corda equivale à metade do valor do comprimento de onda:
2ª: o problema informa, lá na última frase, que o que a ressonância na corda provoca a frequência de ressonância no tubo e elas possuem o mesmo valor. Assim e a frequência no tubo acabamos de calcular!
Agora sim temos tudo que precisamos!
Substituindo os valores temos: