As vozes do alumínio
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Introdução
Você já ouviu o canto de uma barra de metal? Neste experimento,
ouça as diferentes vozes de uma barra de alumínio e observe a
formação de ondas estacionárias.
Roteiro adaptado de uma experiência do Scientific Explorations with
Paul Doherty do Exploratorium.
Cadastrada por
Denise Ávila
Material - onde encontrar
em casa
Material - quanto custa
entre 10 e 25 reais
Tempo de apresentação
até 30 minutos
Materiais Necessários
*Barra de alumínio com aproximadamente 1m de comprimento e
1cm de diâmetro;
*Martelo de madeira ou borracha;
*Marcador permanente;
*Trena ou fita métrica;
*Computador com microfone.
Materiais utilizados no experimento
Dificuldade
fácil
Segurança
requer cuidados básicos
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Passo 1
Marcando a barra:
Marcando a barra: Utilizando a trena e o marcador permanente, faça marcas na barra em pontos a ½, ¼
e 1/6 da barra partindo de uma das extremidades. Marque também os pontos distantes ¼ e 1/6 a partir
da outra da outra extremidade.
Marcações de posição na barra de alumínio
Marcações de posição na barra de alumínio
Marcações de posição na barra de alumínio
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Passo 2
Ouvindo harmônicos
Segure a barra, horizontalmente, posicionando sua mão na marca que indica a metade de seu
comprimento. Bata com o martelo na horizontal, da maneira indicada na primeira foto, e ouça. Perceba
que duas notas são ouvidas mais claramente. Uma das notas desaparece mais rapidamente enquanto a
outra dura um tempo maior. Bata agora com o martelo verticalmente para baixo (ver foto 2) e compare
com o som anterior.
Batida Longitudinal
Batida Tranversal
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Passo 3
“Matando” o som:
Ainda segurando a barra horizontalmente, martele-a e, em seguida, segure com a outra mão uma das
extremidades. Observe a duração do som. Repita esse procedimento, porém, segurando em um ponto
próximo ao centro da barra. Continue variando a posição onde sua mão toca a barra depois da martelada
e compare os tempos de duração dos sons.
Segurando a barra próximo ao centro
Segurando a barra na extremidade
Variando o local de contato com a barra
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Passo 4
Diferentes modos de vibração:
Diferentes modos de vibração: Segure a barra verticalmente na marca de 1/4. Martele novamente a extremidade e ouça o som. Perceba como este som é mais agudo que o ouvido no passo anterior. Com a
mão livre, segure na extremidade da barra. Repita o procedimento, agora segurando na posição distante
da 1/4 da extremidade oposta (veja as fotos abaixo). Note como o som demora muito mais para desaparecer do que quando se segura na extremidade da barra.
Faça o mesmo para a marca de 1/6.
Martelando a barra verticalmente
Segurando a barra em posições distantes 1/4 das extremidades
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Passo 5
Outras possibilidades:
Caso disponha de diferentes barras com espessuras e/ou comprimentos variados, refaça os procedimentos
acima e compare os sons ouvidos.
Barras com diferentes tamanhos e espessuras
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Passo 6
Gravando os sons:
Você pode utilizar o software livre Audacity (baixe-o aqui [http://audacity.sourceforge.net/]) para gravar
os sons emitidos pela barra e comparar suas freqüências. Depois do som gravado, selecione um pequeno
trecho da faixa, clique em “analisar” e, em seguida, em “espectro de freqüências”. O programa irá
calcular e mostrar o gráfico de intensidade versus freqüência do som emitido. Note que uma freqüência
é predominante (há um pico de intensidade destacado). Parando o cursor sobre o pico, pode-se ver o
valor de freqüência correspondente, indicada por “Peak”.
Gráfico relativo a marcação de 1/2 utilizando uma barra espessa
Gráfico relativo a marcação de 1/6
Gráfico relativo a marcação de 1/4
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Passo 7
O que acontece?
Ao martelar a extremidade da barra, ocorre uma propagação de ondas. Uma onda é, então, refletida na
outra extremidade e, ao retornar, interfere em outra que se desloca no sentido inicial. Criam-se, com isso,
as chamadas ondas estacionárias, onde temos regiões com interferência destrutiva chamadas de nós
e regiões com interferência construtiva, denominadas ventres ou antinós. Segurando o meio da barra,
forçamos o aparecimento de um nó neste ponto (região de amplitude mínima). Já nas extremidades,
teremos os ventres (regiões de amplitude máxima). Desta forma, ao segurar uma das extremidades
da barra, o som desaparece rapidamente, pois, interferimos em uma região de amplitude máxima.
Analogamente, se segurarmos próximo do meio da barra o som demorará mais para desaparece.
Da mesma forma, segurando-se a barra na posição 1/4, obtemos uma onda estacionária com dois nós:
um na posição ¼ e outro na posição ¾. Já nas extremidades, teremos os ventres. Assim, se segurarmos
a barra com a mão livre na posição 3/4 o som demora a desaparecer, porém, se o toque for nas
extremidades, o som desaparece rapidamente.
Notamos também a presença de, pelo menos, dois picos de intensidade em freqüências bem definidas
ao fazermos o espectro no Audacity. Essas são freqüências relacionadas às vibrações longitudinais e
transversais. Tais vibrações se diferenciam pela direção da oscilação. Na vibração longitudinal, a
oscilação ocorre paralelamente ao sentido de propagação da onda, enquanto na transversal a oscilação
é perpendicular .
Saiba que os instrumentos musicais são criados a partir deste conceito de ondas estacionárias. Nos
instrumentos, as diferentes notas musicais são obtidas variando-se a localização dos nós e ventres, ou
seja, variando os comprimentos de ondas. Por exemplo, em um violão, pressionamos um determinado
lugar na corda para obter as notas, já em um órgão, existem tubos de diferentes comprimentos
responsáveis por cada nota musical.
Vídeo do experimento
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Passo 8
Veja também...
Ondas estacionárias em instrumentos musicais
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