Ondas Sonoras
O modo fundamental de vibração de uma corda de violão (fixa nas extremidades) é descrito por .
- Determine o comprimento de onda, a frequência, e a amplitude máxima de vibração.
- Determine o comprimento dessa corda.
- Faça um desenho esquemático da onda estacionária de deslocamento, para cada um dos 3 primeiros harmônicos num desses tubos, e determine a relação entre o comprimento do tubo e o comprimento de onda. A partir dessas relações, ache a expressão geral para a frequência do enésimo harmônico, em função de e .
- Determine os possíveis valores do comprimento daqueles tubos que ressoam com a frequência fundamental da corda do violão.
Perto da corda do violão que vibra no modo fundamental, encontram-se vários tubos de diferentes comprimentos, de valores entre e , abertos em ambas as extremidades. Alguns deles entram em ressonância devido ao som produzido pela corda do violão. Considere .
Passo 1
a):
Para resolvermos essa questão, basta que a gente lembre da fórmula básica das ondas estacionárias:
Com base nela, vamos começar a identificar as variáveis da fórmula do enunciado:
Lembrando que :
E esse é o comprimento de onda. Queremos achar também a frequência e a máxima amplitude .A frequência é dada por:
A máxima amplitude acontece quando tem seu máximo, ou seja, quando
Passo 2
b):
Pra achar o comprimento da corda, basta a gente usar a relação:
Que a é a fórmula que usamos pros nós. No entanto, se fizermos , conseguiremos achar o comprimento da corda (. Vamos lembrar que nesse exemplo:
A figura do primeiro harmônico abaixo explica bem isso:
Passo 3
c):
A relação, como vimos antes, é a seguinte:
Verifique usando essa equação, os valores de para .
Mas pera, os valores de mudam? Claro que não! não muda porque é o comprimento do tubo e o tubo não foi trocado(estamos considerando um mesmo tubo). O que muda são os valores de . Então, reescrevendo a equação acima:
Só que queremos achar uma expressão pras frequências, ou seja, pras , certo?Então, vamos usar a equação:
Passo 4
d):
Agora a gente vai usar a equação que foi encontrada no item anterior. Queremos achar os valores de para os quais o tubo tenha como frequência de ressonância a frequência de ressonância fundamental da corda, ou seja, :
Como os comprimentos variam de , temos que que os valores de são:
Resposta
a):
Amplitude máxima:
b):
c):
d):