Laboratório Especial para o Curso de Graduação em Física da UFPA

## Laboratório Especial para o Curso de Graduação em Física da UFPA

Fátima Nazaré Baraúna Magno [fnbm@ufpa.br]

João Furtado de Souza [furtado@ufpa.br] Zínia de Aquino Valente [zínia@ufpa.br]

Universidade Federal do Pará e Faculdade Ideal

## RESUMO

Devido a necessidade de desenvolver o método experimental na disciplina Laboratório Especial, que compõe a grade curricular do curso de Física da Universidade Federal do Pará e os recursos financeiros sendo poucos foram desenvolvidas experiências usando material de baixo custo. Neste trabalho apresenta-se duas destas experiências. Em ambas descreve-se um método alternativo, sendo que em uma o objetivo é a determinação do espectro de um gás utilizando-se tubo de descargas, grade de difração e conhecimento de teoria de difração e na outra o estudo visa determinar a velocidade do som no ar sendo utilizadas as conhecidas figuras de Lissajour, obtidas pela superposição de ondas. Relatam-se brevemente as experiências realizadas. Na primeira uma fenda iluminada é vista através da grade de difração; são feitas medidas do ângulo do feixe difratado com o feixe direto (não difratado). Com a distância entre o feixe central, a raia espectral de uma determinada cor, a distância entre a grade de difração e o tubo de descargas, a ordem do espectro, o ângulo de difração e a constante da grade pode-se determinar o comprimento de onda da radiação em estudo. Na segunda num tubo contendo água até certa altura é formada uma coluna de ar na qual, por meio de um gerador de áudio, gera-se um sinal para obtenção de ondas estacionárias no tubo. A altura da coluna de ar é variada utilizando o princípio de vasos comunicantes e, em um osciloscópio, são observadas as figuras de Lissajour. O comprimento de onda é determinado partindo da altura da coluna de ar e da ordem do harmônico e, conhecida a freqüência pode-se determinar a velocidade do som no ar. Nota-se que, mesmo fazendo uso de material alternativo de baixo custo, os resultados encontrados apresentam uma pequena margem de erro, quando comparados ao valor tabelado.

Palavras-chaves: Laboratório Especial, difração, figuras de Lissajour

## JUSTIFICATIVA

A disciplina Laboratório Especial tem por finalidade mostrar aos alunos do curso de Bacharelado em Física o método experimental e sua importância para a boa formação profissional nesta área. Embora o equipamento utilizado seja de alto custo, tem sido um desafio constante manter o bom desenvolvimento da disciplina, mesmo com os poucos recursos alocados para o Departamento de Física. Isto exige a recuperação de equipamentos cuja fabricação data de 1974 e a aquisição de outros de baixo custo, porém que produzem resultados tão bons quanto os mais sofisticados equipamentos. As razões expostas nos levaram a desenvolver o experimento apresentado a seguir.

## OBJETIVO

Determinar o espectro de um gás utilizando-se tubos de descargas (1) Determinar a velocidade do som no ar, utilizando-se Figuras de Lissajous para

encontrar o ponto de ressonância (2)

## PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL (1)

No banco ótico monte o tubo de descarga usando os suportes, as hastes e as garras, posicione a régua graduada perpendicular ao banco ótico, ligue o tubo de descarga a bobina de indução e esta ao transformador, coloque a rede de difração ao seu suporte e este sobre o banco ótico, conforme indica a figura 3. Meça a distância entre o tubo (ampola) de gás e a rede de difração. Meça a distância entre a ampola com gás até a franja, a qual se quer determinar o comprimento de onda. Determine o ângulo de desvio usando as medidas feitas acima. Determine o comprimento de onda. Repita o procedimento para outras raias espectrais

Fig. 1 - Montagem do experimento

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## TRATAMENTO DOS DADOS (1)

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650 d mm = (distância do tubo de descarga à rede de difração)

1 (espectro de primeira ordem) n =

Tabela 1- Determinação do espectro do Hélio (He)

Fig.3- Espectro do Hélio

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Fig. 4- Espectro do Hélio visto através da rede de difração

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## CONCLUSÃO (1)

O objetivo nesta experiência foi fazer o estudo do espectro de um gás utilizando uma rede de difração, um tubo de descargas de gás, um transformador, uma bobina de alta indução, um banco óptico e uma régua. Com o uso destes materiais é dispensável a utilização do espectroscópio, fazendo com que o custo da experiência seja bastante reduzido.

Os resultados obtidos foram satisfatórios, considerando que foi utilizado um método alternativo que dispensou o uso do espectroscópio.

Neste trabalho apresentamos o espectro do Hélio e, como se pode notar, os desvios em relação aos padrões está dentro da margem de erro aceitável.

## PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL (2)

Usando as hastes, garras, tripé e o tubo para vasos comunicantes monte o experimento conforme a figura 5, ligue o gerador de áudio à entrada vertical do osciloscópio e ao alto-falante e o microfone à entrada horizontal do osciloscópio. Fixe a freqüência do gerador de áudio em um valor na faixa audível. Diminua a altura da coluna de ar até que se tenha certeza de que não existe nenhum ponto de ressonância, faça variar a altura da coluna de ar usando o sistema de vasos comunicantes até obter a ressonância. Meça a altura da coluna de ar. Com o valor da freqüência e o comprimento de onda encontrado, determine a velocidade do som. O procedimento pode ser repetido para outras freqüências.

Fig. 5 - Montagem do experimento

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## TRATAMENTO DOS DADOS (2)

L= comprimento da coluna de ar, 4 2 1 L n λ = + e v f λ =

Tabela 2 - Cálculo de λ para = 3 KHz f

Para = 3 KHz e f λ = 11,45 cm e T= 29 C 0 v = 343,5 m/sFig. 6 - Figura de Lissajour para um ângulo de 90 0

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## CONCLUSÃO (2)

Nosso principal objetivo nesta experiência foi utilizar as figuras de Lissajous na determinação do ponto de ressonância em um tubo fechado; assim como montar um experimento onde não fossem necessários equipamentos de alta sofisticação que elevassem o custo e, portanto, com um osciloscópio, um gerador de áudio, um microfone e um alto-falante, todos de baixo custo, pudemos realizar a experiência.

Ao serem feitas as medidas pudemos observar que os melhores resultados foram conseguidos para freqüências até 4 kHz; isto se deve ao fato de que para freqüências mais elevadas o comprimento de onda torna-se muito pequeno, implicando na redução da precisão na medida da altura da coluna de ar devido à necessidade de se ter inúmeros comprimentos de onda, para ter um comprimento considerável da coluna de ar.

Neste trabalho apresentamos resultados para a freqüência de 3 kHz, tendo a experiência sido realizada à temperatura de 29 C. O resultado obtido teve um 0 pequeno desvio do valor teórico a esta temperatura.

## REFERÊNCIAS

- 1ALONSO, Marcelo, FINN, Eward J. Física - Um Curso Universitário. Volume II. Editora Edgard Blücher Ltda. São Paulo. 1977.
- 2GOLDEMBERG, José. Física Geral e Experimental. Volume 1. Companhia Editora Nacional. Brasil. 1977.
- 3SEARS, Francis Westom, ZEMANSZY, Mark W. Física. Volume 2. Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. Rio de Janeiro. 1977.
- 4BROPHY, James J. Eletrônica Básica. Guanabara Dois. 1971.