Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 14º - Capítulo 16.Problemas - Ex. 73
Um tubo longo contém ar sob pressão de 1,00 atm à temperatura de 77 ºC. Uma das extremidades do tubo é aberta, enquanto a outra está fechada por um pistão móvel. Um diapasão nas vizinhanças da extremidade aberta vibra com uma frequência igual a 500 Hz. Ocorre ressonância quando a distância entre o pistão e a extremidade aberta do tubo é igual a 18,0 cm, 55,5 cm e 93,0 cm. (a) Com esses dados, qual é a velocidade do som no ar a 77 ºC? (b) Pelo resultado do item (a), qual é o valor de 'Y? ( c) Esses dados mostram que o nó de deslocamento está situado ligeiramente fora da extremidade aberta do tubo. A que distância dessa extremidade ele se encontra?
Passo 1
Fala galera, bora lá! (a) Como a distância entre dois nós é dada por meio comprimento de onda, podemos definir então que:
A distância entre dois nós vale , então o comprimento de onda deste sistema será
Passo 2
Tendo o valor do comprimento de onda e sabendo que a frequência na extremidade aberta do tubo vale 500 Hz, é possível obter que a velocidade do som vale:
Passo 3
(b) A equação da velocidade do som de um gás em função da temperatura é dada por:
Então a constante do gás pode ser definida por:
Passo 4
Sabendo que e a massa molar do ar vale e a temperatura em Kelvins será , obtemos então que a constante do gás vale:
Valor próximo ao de um gás diatômico.
Passo 5
(c) A primeira ressonância dos modos normais deve ocorrer quando a distância do pistão e da abertura for equivalente à um quarto do comprimento de onda, que vale 18,8 cm. Mas a primeira ressonância observada ocorre quando a distância é de 18 cm, então esta variação é de 0,8 cm.
Resposta
- A velocidade do som à 77 °C vale
- O valor da constante do gás será
- O nó de deslocamento é 0,8 cm menor do que o esperado.