Medindo a Velocidade do Som
com o Microfone do PC
Carlos E. Aguiar (a)
Marco A. B. Freitas (a)
Francisco Laudares (b)
(a)
Instituto de Física - UFRJ
(b) Coppe - UFRJ
Resumo:
• A velocidade do som
• Métodos de medida
• Medida com o microfone do PC
• A entrada Line-In
• Resultados
• Comentários
A velocidade do som no ar
• Aristóteles foi um dos poucos “antigos” a tratar da
velocidade do som, afirmando (erroneamente) que os
sons agudos propagam-se mais rápido que os graves.
• Primeiras medidas: Pierre Gassendi em 1635,
observando o disparo de um canhão e medindo o
tempo entre a chegada do clarão e do som.
• Newton e Laplace:
A 0 oC, no ar seco
c   RT / M
c 0  331,45  0,05 m / s
À temperatura absoluta T
c  c0 T / 273,15
Métodos de medida da velocidade do som
Dois tipos de medida em laboratórios didáticos:
Observação de ressonâncias.
Vantagem: fácil de realizar.
Desvantagem: conceitos pouco familiares aos alunos
do ensino médio – ressonâncias, condições de
contorno, ondas estacionárias, etc...
Medida do tempo que o som leva para percorrer
uma distância.
Vantagem: fácil de entender; c = distância / tempo
Desvantagem: mais difícil de montar, pois temos que
medir frações de milisegundo, ou usar distâncias muito
grandes.
Medidas por ressonância
f  dado pelo diapasão
 = 4 L  medido
c=f
M.A. Cavalcante e C.R.C. Tavolaro, Física na Escola 4, 29 (maio/2003)
Medidas por ressonância
L
Analisador
de espectro
 = 2L/n
c=f
CREF/UFRGS, http://www.if.ufrgs.br/cref/ntef/som/lab/somtubo.html
Medida direta da velocidade do som
c = distância / tempo
Para um método alternativo ver: V.B. Barbeta e C.R. Marzzulli, Rev. Bras. Ens. Fís. 22, 447 (2000)
canal B
canal A
A velocidade do som com o microfone do PC
x = 2.00  0.01 m
t = 5.71  0.05 ms
Vsom = 350  5 m/s
0
4
8
12
tempo (ms)
16
20
A velocidade do som com o microfone do PC
• Os dois microfones são conectados em estéreo
à entrada LINE-IN da placa de som.
• O som da explosão é registrado com o
programa de gravação que acompanha o
Windows.
• A análise dos sinais e a determinação do tempo
entre eles é realizada com um editor de
arquivos de som (GoldWave).
A entrada MIC
• O microfone do PC é do tipo eletreto, ligado a
um pino P2, e conectado à entrada MIC.
• Uma tensão de 5V é aplicada ao microfone.
• O sinal é filtrado e amplificado.
• A entrada MIC não aceita sinais em estéreo.
A entrada LINE-IN
• A entrada LINE-IN é usada para conectar o PC
à saída de linha de equipamentos de áudio, e
não é própria para o microfone do PC.
• Aceita sinais em estéreo.
• Não fornece a tensão de 5V para o microfone.
• Recebe sinais entre 0,2 a 2V; o microfone
fornece 10 a 100mV
Circuito adaptador microfone/line-in
canal esquerdo
esquerdo
direito
Line-In
Circuito adaptador microfone/line-in
(uma versão ainda mais simples)
Rita M. Grala e Elisandra Oliveira
CREF - Instituto de Física - UFRGS
http://www.if.ufrgs.br/cref/ntef/som/lab/linein/index.html
Gravação e análise
• Gravação feita em 8bits, 22050 Hz por canal,
armazenada em arquivo WAVE.
• Análise com GoldWave.
Gravação
Mixer: Line-In
Seletor do modo
de gravação
Gravador
Análise com o GoldWave
(zoom)
Resultados
2.5
distância (m)
2
1.5
1
Vsom = 347  5 m/s
0.5
0
0
1
2
3
4
tempo (ms)
5
6
7
Comentários finais
• A 25 ºC a velocidade do som é 346 m/s. Nossa
medida deu 347 m/s.
• Método conceitualmente simples – pode ser
adotado até no ensino médio.
• Introduz aspectos importantes da aquisição de
dados em um laboratório moderno, como
transdutores (o microfone) e conversores
analógico-digitais (a placa de som).
• Custo próximo de zero.