Tubul Rubens este un dispozitiv care constă dintr - un tub cu un difuzor la un capăt și un șir de perforații prin care gaze inflamabile iese, care se aprinde pentru a produce mici flăcări.
Acest design face posibilă vizualizarea undelor sonore din interiorul tubului produs de difuzor. Și arată fără îndoială că sunetul este o undă de presiune, deoarece fluxul de gaz inflamabil care iese prin găuri este proporțional cu presiunea locală a aceluiași.
Figura 1. Tubul Rubens. Sursa: wikons commons
Figura 1 prezintă un tub Rubens luminat, în care se poate observa că înălțimea flăcărilor urmează un model de undă, care este tocmai acela al sunetului.
Tubul Rubens este numit după creatorul său - Heinrich Leopold Rubens (1865 - 1922) - care a fost un important fizician și inginer german. Principalul său domeniu de cercetare a fost studiul radiațiilor electromagnetice în infraroșu, iar investigațiile sale au fost decisive în dezvoltarea teoriilor despre radiația corpului negru care a dus ulterior la fizica cuantică.
În 1904 Heinrich Rubens și-a construit faimosul tub, inițial lung de patru metri, cu un rând de 200 de perforații distanțate la 2 centimetri distanță în vârf.
materiale
-În primul rând, o linie este trasată de-a lungul tubului cu un creion sau marker. De asemenea, este necesar să se facă mărci transversale la 1 cm distanță și 10 centimetri distanță de capetele tubului, care servesc la găurirea găurilor.
-Cu un foraj de banc găurile sunt făcute, folosind un burghiu de 1,5 mm diametru, în mărcile desenate anterior.
-La un capăt al tubului, adaptorul filet-furtun este plasat și ieșirea tubului este acoperită pe celălalt, folosind o bucată din latexul mănușii ca membrană. Aceasta este fixată strâns cu banda de mascare și fixată cu o clemă care este plasată peste bandă, astfel încât membrana să nu fie tăiată.
-După ce cilindrul de gaz este conectat și un difuzor este plasat la capătul membranei, care la rândul său a fost conectat la un amplificator audio. Semnalul poate fi generat cu ajutorul mobilului, deoarece există aplicații pentru a genera semnale audio la o anumită frecvență.
-În final, ieșirea audio este conectată la amplificator folosind cablurile corespunzătoare. Schema este în figura 2. Odată ce flacăra este aprinsă, puteți vizualiza sunetele în flăcările tubului Rubens.
Precauții
-Să luați măsurile de precauție pertinente, deoarece veți lucra cu gaz și foc, astfel încât experimentul trebuie să fie efectuat în spații bine ventilate și să eliminați toate obiectele și substanțele inflamabile din împrejurimi.
-Evitati schițele.
-Atentați să nu lăsați dispozitivul pornit prea mult timp, pentru a evita deteriorarea difuzorului.
-Modelul de undă este cel mai bine observat prin scăderea intensității luminilor.
Figura 2. Schema tuburilor Rubens. Sursa: realizată de sine.
Funcționarea
Atunci când gazul care iese din perforații este aprins și sursa de sunet este aplicată aproape de membrană, se poate observa cum flăcările cu înălțimea diferită atrag forma undei permanente în interiorul tubului.
Membrana este ceea ce permite ca impulsurile de presiune sonoră produse de difuzorul sau claxonul amplasat lângă membrană să fie transmise către interiorul tubului, care sunt reflectate atunci când ajung la celălalt capăt.
Suprapunerea undei transmise și a undei reflectate creează diferențe de presiune, producând o undă în picioare al cărei model este reprodus de înălțimea flăcărilor, cum ar fi zone mai înalte (vârfuri) și zone în care flacăra abia se disting (văi sau noduri).
Frecvențe adecvate
Difuzorul poate fi conectat la un generator de unde de frecvență variabilă care trebuie setat la frecvențele corespunzătoare pentru a vizualiza diferitele moduri de undă permanentă care se formează în interiorul tubului.
Frecvențele corespunzătoare depind de lungimea tubului, iar relația pe care trebuie să o întâlnească este următoarea:
Unde L este lungimea și n = 1, 2, 3, 4 …
Difuzorul poate fi conectat și la ieșirea unui player muzical pentru a vizualiza sunetul muzicii prin flăcări.
Tubul Kundt: predecesorul tubului Rubens
Tubul Rubens este o variantă a tubului Kundt, creată de un alt fizician german, numit August Kundt, care în 1866 a construit un tub de sticlă, l-a așezat pe orizontală și l-a umplut cu bucăți de plută sau spor de la feriga Lycopodium.
Apoi, a închis un capăt cu un piston și a pus o membrană flexibilă pe celălalt, la care a atașat o sursă de sunet. Făcând acest lucru, el a observat cum praful de spori se aglomera la nodurile undei permanente care se formează în interiorul tubului, iar lungimea de undă poate fi apoi măsurată.
Prin schimbarea poziției pistonului, modelele corespunzătoare diferitelor moduri de vibrație pot fi afișate pentru o sursă de sunet dată.
Tubul lui Kundt este foarte util pentru măsurarea vitezei sunetului în diferite gaze și la diferite temperaturi și este clar că Heinrich Rubens s-a inspirat din această lucrare pentru a crea celebrul său tub.
Referințe
- Acustica Web. Tub Rubens. Recuperat de pe acusticaweb.com
- Tao-ul fizicii. Flăcări într-un tub acustic. Recuperat de la: vicente1064.blogspot.com
- Maciel, T. Oscilloscopul în flăcări: fizica tubului de flacără al lui Rubens. Recuperat de la: physicsbuzz.physicscentral.com.
- Demonstrație de sunet și valuri cu un tub Rubens. Preluat de la: people.physics.tamu.edu.
- Wikipedia. Heinrich Rubens. Recuperat de la: wikipedia.com
- Wikipedia. Tub Rubens. Recuperat de la: wikipedia.com.