Teoria

Fala aí! Bora aprender TUDO sobre tubos sonoros com o Responde Aí?

Antes de qualquer coisa, você sabe o que são tubos sonoros?

Tubos sonoros são basicamente tubos com ar, ou algum gás onde são produzidas ondas estacionárias longitudinais em uma frequência sonora!

-Que?!!

Calma vou te dar um exemplo!! Quando você era criança você já tocou, ou pelo menos brincou com uma flauta doce?

Se sim, você sabe que basta colocar um dedo em um dos furos da flauta e o som emitido já sai diferente de antes. Mas por que o som muda só com esse ato de tapar um furo?

Flauta doce.
Flauta doce.

Hoje a gente vai entender isso!

Pra começo de conversa a flauta funciona como um tubo sonoro e existem dois tipos de tubos: os tubos sonoros abertos e os tubos sonoros fechados, bora aprender sobre eles?

Ahhh, e respondendo a pergunta inicial: Quando tapamos um furo o comprimento de onda do som dentro da flauta muda, mudando também a sua frequência e por isso ouvimos um som diferente!

Ondas Formadas em Tubos Sonoros

Antes da gente prosseguir, precisamos entender alguns conceitos importantes!

Nos tubos sonoros temos uma superposição de ondas em frequências de ressonância. Onde as ondas se encontram temos os nós e nos pontos de máximo temos as amplitudes máximas.

Ondas nos tubos sonoros
Ondas nos tubos sonoros

Veja mais: Ondas

Tubos Sonoros Abertos

Num tubo sonoro aberto, a onda sempre apresenta amplitudes máximas nas extremidades e a configuração das ondas em frequência de ressonância no tubo muda com o número harmônico que é exatamente a quantidade de nós formados no tubo.

Saca só a imagem abaixo:

Tubo Sonoro Aberto.
Tubo Sonoro Aberto.

Na figura acima, o primeiro caso pode ser chamado de harmônico fundamental ou primeiro harmônico , depois temos o segundo harmônico e por aí vai!

Podemos olhar também quantos comprimentos de onda temos no tubo, lembrando que o comprimento de onda vai de um ponto máximo até o outro da mesma onda.

Olhando para as figuras podemos ver que para , temos dentro do tubo apenas meio comprimento de onda, e podemos dizer que o comprimento do tubo é:

Logo, a cada nó novo, temos dentro do tubo mais meio comprimento de onda.

A partir disso, podemos escrever o comprimento do tubo em função do comprimento de onda e do número de nós :

Então, nesse caso, podemos verificar que as frequências de ressonância são dadas pela seguinte fórmula:

Onde é o número harmônico ou número de nós, é o comprimento do tubo e a velocidade da onda.

Tubos Sonoros Fechados

No tubo fechado, existe uma extremidade aberta e uma fechada.

Na extremidade aberta, a onda apresenta amplitude máxima e, na fechada, a amplitude é mínima e também é um nó. Da mesma forma que no tubo aberto o número de nós representa o harmônico:

Tubo Aberto.
Tubo Aberto.

Aqui sempre vamos ter um número ímpar de quartos de comprimento de onda . No tubo fechado a relação do comprimento do tubo com os comprimentos de onda ficará então:

Onde é o número de nós no tubo ou número harmônico. Nesse caso, a frequência é dada por:

Isso para Nesse caso o primeiro harmônico corresponde a , o segundo a , o terceiro a , etc.

Exemplo

Pra gente aprender legal vamos calcular essas tais frequências de ressonância pro tubo abaixo.

Exemplo
Exemplo

Nesse caso vamos considerar que a velocidade do som se mantém pros dois casos .

Pro caso do tubo fechado temos o primeiro harmônico e podemos ver isso pelo número de nós . E a frequência de ressonância é:

E no caso do tubo aberto também temos o primeiro harmônico e podemos ver isso pelo número de nós .

Comparando as frequências a gente observa que pro tubo aberto a frequência de ressonância é bem maior do que pro tubo fechado, pra uma mesma velocidade e mesmo harmônico.

Ou seja, se estivermos ouvindo o som dessa onda, vamos ouvir dois sons diferentes!

Agora, vamos praticar com exercícios?!

Ondas Formadas em Tubos Sonoros

Tubos Sonoros Abertos

Tubos Sonoros Fechados

Exemplo

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