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• Como ocorre o fen?meno de resson?ncia em tubos fechados.
• Como uma nota musical se forma numa flauta.
• Identificar os modos de vibra??o em tubos sonoros.

50 minutos

Ondas sonoras.

Propaga??o de ondas mec?nicas.

Frequ?ncia e comprimento de ondas.

Nesta aula, as atividades propiciar?o o entendimento da forma??o de ondas sonoras em tubos fechados em uma das extremidades. 

Atividade 1 

Iniciaremos esta atividade discutindo o que s?o as ondas sonoras. O professor pode apresentar o que ? uma onda de forma simples, usando o recurso:    "Ondas Sonoras" do banco de objetos do MEC proposto a seguir. 

Ondas Sonoras 

Ondas Sonoras 

1. Esta atividade pode ser iniciada dividindo a turma em grupos. Os grupos devem seguir as etapas propostas no recurso, afim de extrairem informa??es b?sicas existentes nos itens 1, 2 e 3 , do roteiro ondas sonoras.

2. Ap?s passar pelos ?tens do objeto educacional, deve estar claro para os alunos os seguintes conceitos:

a) O que ? o som?
Resposta esperada: O Som ? uma onda mec?nica, logo necessita  de  um  meio material para se propagar.


 
Figura 1 . Onda mec?nica , imagem de : http://www.mundoeducacao.com.br/upload/conteudo/fig5.jpg .

b ) Como se propaga uma onda sonora?
Resposta esperada: -Uma onda sonora ?  ? um exemplo t?pico de onda mec?nica tridimensional. O som ? obtido pela vibra??o de um material  que ao vibrar,  produz inicialmente uma compress?o do ar na regi?o pr?xima, logo seguida de uma rarefa??o. Consequentemente as mol?culas de  ar come?am a vibrar longitudinalmente, transmitindo a perturba??o para as mol?culas vizinhas e assim sucessivamente transmitindo a onda por toda a sua vizinhan?a. 

 
Figura 2. Ondas longitudinais e transversais, imagem de: http://omundodelavoisierenewton.files.wordpress.com/2009/10/6ondas2.jpg

 c) O que caracteriza fisicamente um som?
Resposta esperada:  Um som tem caracter?sticas f?sicas ? freq??ncia, comprimento de onda e velocidade de propaga??o.  
Freq??ncia (?) ? n?mero de vezes que  as ondas s?o emitidas por unidade de tempo. ? medida em Hertz (Hz) no Sistema Internacional de unidades. Comprimento de onda (?) ? dist?ncia entre dois pontos de oscila??o m?nima (ou dois pontos de oscila??o m?xima) consecutivos de uma onda. Velocidade de propaga??o (v) ? a velocidade de propaga??o do som varia de acordo  com o meio em que se propaga, j? que ? uma onda mec?nica;  no ar, seu valor ?, aproximadamente, 340 m/s enquanto que, por exemplo, na ?gua ? 1450 m/s. 

d) Qual a faixa de frequ?ncia que o ser humano escuta?

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Figura 3. Som aud?vel, frequ?ncia e intensidade, imagem obtida de : http://1.bp.blogspot.com/_meYRPtd12wM/S-s3BAgjc3I/AAAAAAAAALE/_NoJT8ysTUI/s1600/som_diagram_DowChemical.gif
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e) Qual a diferen?a entre altura, intensidade e  timbre de um som?
Resposta esperada:  
Altura ? ? a qualidade do som que permite dizer se ele ? mais agudo ou mais grave que outro. Quanto maior a freq??ncia, maior a altura, ou seja, mais agudo ? o som. 
Intensidade ? ? a qualidade que permite julg?-lo mais forte ou mais fraco que outro. 
Timbre ? ? a qualidade que permite ao ouvido diferenciar sons de mesma altura e intensidade, emitidos por fontes diferentes. Por exemplo, uma mesma nota musical tocada por um viol?o ou por um piano produzem sensa??es diferentes. Isso ? devido ? forma da onda emitida pelo instrumento. 

Ap?s passar por todas as etapas da atividade de Ondas Sonoras,  fa?a uma avalia??o oral usando as quest?es do item "6. SUGEST?O PARA AVALIA??O DA APRENDIZAGEM" do recurso usado nesta etapa. Caso o professor perceba dificuldades em apresenterem as respostas a estas quest?es, pe?a que dicutam em grupo antes de argu?-los novamente. As discuss?es s?o sempre enriquecedoras. 
  

Atividade 2 

Agora vamos realizar o experimento proposto no objeto educacional "As ondas sonoras - Resson?ncia em tubos cil?ndricos fechados em uma extremidade" seguindo os passos propostos ap?s a figura 4. 

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Experimento 4 - As ondas sonoras - Resson?ncia em tubos cil?ndricos fechados em uma extremidade 

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Figura 4 . Pagina principal do experimento de tubos sonoros obtida do endere?o: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/11109/open/file/src/index.html

Realizando o Experimento:

1. Cada grupo pode realizar um experimento, sendo que apenas um dos alunos dever? soprar o tubo, por quest?es de higiene. Para este experimento providencie 3 tubos de pl?stico ou borracha com 15 cm, 7,5 cm e 5 cm e um copo ou recipiente com pelo menos 10 cm de ?gua, para cada grupo de trabalho. A mangueira de cristal usada em obra como mangueira de n?vel de aproximadamente 1/2 polegada de di?metro. 
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   Figura 5. Mangueiras que usaremos no experimento de resson?ncia: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/11109/open/file/src/imagens/fig4_web.jpg
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3. V? para etapas do procedimento e inicie a ETAPA 1 , Inicie o treinamento de soprar o tubo de 15 cm de acordo com as instru??es do experimento at? obter um som limpo e firme.
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4. Agora realize a ETAPA 2 do procedimento. Varie de tubos , usando os de 15 cm,  7,5 cm e o de 5,0 cm.
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5. Cada grupo deve realizar as etapas e ir anotando no caderno de relat?rio do grupo as conclus?es sobre o som que cada tubo produz ao ser soprado. Ou?a atentamente e discuta as conclus?es sobre a qualidade sonora respondendo os ?tens 6 ao 10 a seguir.
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6. Quando ele ? mais grave e quando ele ? mais agudo?
   Resposta esperada: Os tubos mais curtos produzem um som mais fininho, isto ?, um som de maior frequ?ncia, ou seja, mais agudo. 
    
7. Como isto est? relacionado com a coluna de ar?
   Resposta esperada: A coluna de ar que vibra num tubo de maior comprimento abriga um maior comprimento de onda, ou seja, uma menor frequ?ncia, por isso um som mais grave quando comparado ao mais curto. 
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8. Realize a ETAPA 3 do procedimento procurando semelhan?a na altura dos sons emitidos pelos 3 tubos. 
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9. Qual entre os tr?s quais se assemelham na frequ?ncia?
   Resposta esperada: Quando ouvimos atentamente, no sil?ncio, os sons que ressoam nos 3  tubos , verificamos grande semelhan?a nos sons produzidos pelos tubos de 15 cm e o de 5 cm. 
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10. Isso concorda com a teoria de forma??o das oscila??es em um tubo fechado em uma extremidade?
    Resposta esperada: Sim pois veremos a seguir que os harm?nicos produzidos nos tubos fechados s?o n?meros ?mpares de fra??es do comprimento de ondas. 
11. Agora que as quest?es foram discutidas separadamente nos grupos, o professor pode colocar a turma disposta em c?rculo para que apresentem os resultados do que observaram dos sons produzidos nos tubos e apresenatrem suas conclus?es sobre o experimento.
    
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Atividade 3 

Analisando fisicamente o que ocorre com o som dentro do tubo fechado em uma das extremidades

O professor pode apresentar as figuras com o modelo que descreve os modos de vibra??o em tubos sonoros como no endere?o a seguir.

Modelo para tubo fechado pode ser encontrado no site : http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Acustica/tubos2.php

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Figura 6. Tubo sonoro fechado e os harm?nicos ?mpares poss?veis: http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Acustica/figuras/tubo4.gif

Debate sobre tubos sonoros:

1. Pe?a aos alunos para pesquisarem sobre tubos ressonantes, no endere?o indicado acima da figura 6 e discutirem  em grupo porque n?o ? poss?vel se ter harm?nicos pares em tubos fechados.
2. Quais instrumentos funcionam com a resson?ncia de uma coluna de ar?
3. Como se variam as notas em uma flauta de p??
4. Numa flauta de p? os tubos tem sempre o mesmo di?metro e comprimentos diferentes, sendo assim a nota depende da espessura do tubo ou do comprimento?

Figura 7 . Flauta de p? , imagem obtida do endere?o: http://1.bp.blogspot.com/_iomchrgq0zw/R7DFSM2-32I/AAAAAAAAANw/rAo5DovjUO0/s200/180px-ChileanPanpipes-cutout.jpg

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Ap?s a discuss?o em grupo dos resultados das quest?es propostas anteriormente, o professor pede a turma que formem novamente se disponha em c?rculo. Cada grupo deve nomear um membro para apresentar o resultado das quest?es. O professor deve fazer as interven??es em forma de questionamento aos demais alunos participantes quando for necess?rio. Primeiro aos componentes do grupo e posteriormente  aos demais.

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As defini??es b?sicas de ondas sonoras podem ser obtidas em:

http://www.mundoeducacao.com.br/fisica/ondas-sonoras.htm

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Os ?rg?os tubulares de antigas catedrais s?o tubos sonoros , o v?deo a seguir mostra uma anima??o que apresenta os tubos sonoros:

http://www.youtube.com/watch?v=F6zHClb-F1o

Ao estudar os tubos sonoros o aluno dever? saber:

• representar em diagrama esquem?tico do primeiro harm?nico, ou harm?nico fundamental, como as ondas sonoras s?o refletidas dos tubos abertos e nos fechados.
• relacionar o comprimento do tubo com a ocorr?ncia de resson?ncia no mesmo.
• explicar porque tubos mais curtos produzem harm?nicos fundamentais mais agudos, ou seja de maior frequ?ncia.