Exercícios Resolvidos de Tubos Sonoros

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Enunciado

Duas frequências de ressonância sucessivas de um tubo são 1250Hz e 1750Hz. Desprezando efeitos de borda, determine:

a) O tubo está aberto nas duas extremidades ou em apenas uma? Justifique. (A resposta sem justificativa não será considerada)

b) O comprimento do tubo

c) Para o harmônico de 1250 H z , esboce as curvas da pressão em função da posição x   ao longo do tubo. Considere o tubo aberto em x = 0 e indique claramente a posição dos nós.

d) Determine a frequência do modo fundamental.

e) Para o modo fundamental, esboce as curvas do deslocamento como função de x . Considere o tubo aberto em x = 0 e indique claramente a posição dos nós.

f) Ainda para o modo fundamental, escreva a função de onda para o deslocamento s ( x , t ) ,   considerando que a amplitude do deslocamento é s m = 3 × 10 - 6 m . Considere o tubo aberto em x = 0 .

Passo 1

a) a frequência de ressonância sucessivas de num tubo pode ser descrita como

f = n v 4 L ,   com n = 1,2 , 3 . .

Podemos descrever a equação para os tubos como

1250 = n v 4 L e 1750 = n + 2 v 4 L

Logo

1750 1250 = n + 2 n

7 5 = n + 2 n

São impares consecutivos! O tubo está aberto em uma extremidade.

Passo 2

b) Vimos no item anterior que n = 5 , numa frequência de f = 1250   H z para a velocidade do som no ar. Logo

L = n v 4 L = 5 × 340 4 × 1250 = 0,340 m  

Passo 3

c) Temos que n = 5 , sendo o comprimento total da onda

L = 5 λ 4 = λ 1 + 1 4

Os nós da onda se dão em x = 0 , λ 2   e   λ

λ = 0,272 m

Passo 4

d)

f   = n   v 4 L = 1.340 4.0,340 = 250 H z

Passo 5

e) Nó em x = L

Passo 6

f)

S 1 ( x , t ) = S m   c o s ( k x + ω t )  

S 2 ( x , t ) = S m   c o s ( k x - ω t )  

S ’ ( x , t ) =   S 1 ( x , t ) +   S 2 ( x , t )  

Aplicando a relação trigonométrica

c o s ( A )   +   c o s ( B )   =   2   c o s [ ½ ( A + B ) ]   c o s [ ½ ( A - B ) ] ;  

S ’ ( x , t ) = 2 S m   c o s [ k x ] . c o s [ ω t ] ;  

Sendo

K = 2 π λ = 2 π / 1,36 ~ 4,61 r a d / m  

ω = 2 π f = 2 . π . 250 = 500 π r a d / s  

Chegamos a equação final da função da onda

S ’ ( x , t ) = 6.10 - 6 m   c o s [ 4,61 x ] . c o s [ 500 π t ] ;  

Resposta

a) O tubo está aberto em uma extremidade

b) 0,340 m

c) x = 0 , λ 2   e   λ

d) 250 H z

e) x = L

f)   S ’ ( x , t ) = 6.10 - 6 m   c o s [ 4,61 x ] . c o s [ 500 π t ] ;  

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