Enunciado

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:

L 2 - L 1 = λ 2

A distância entre dois nós vale 37,5   c m , então o comprimento de onda deste sistema será

λ = 75   c m

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:

v = λ f

v = 375   m / s

Passo 3

(b) A equação da velocidade do som de um gás em função da temperatura é dada por:

v = γ R T M

Então a constante do gás γ pode ser definida por:

γ = M v 2 R T

Passo 4

Sabendo que R = 8,314   J / m o l   K e a massa molar do ar vale M = 0,0288   k g / m o l e a temperatura em Kelvins será T = 350   K , obtemos então que a constante do gás vale:

γ = 1,39

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

  1. A velocidade do som à 77 °C vale v = 375 m / s
  2. O valor da constante do gás será γ = 1,39
  3. O nó de deslocamento é 0,8 cm menor do que o esperado.

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