RURKA RUBENSA: HISTORIA, MATERIAŁY, DZIAŁANIE - NAUKA - 2026

Rury Rubens jest urządzenie, które składa się z rurki w głośnik przy jednym końcu i rzędem otworów, przez które wychodzi gaz palny, który zapala się do wytwarzania małych płomienie.

Taka konstrukcja umożliwia wizualizację fal dźwiękowych w tubie wytwarzanych przez głośnik. I bez wątpienia pokazuje, że dźwięk jest falą ciśnienia, ponieważ przepływ łatwopalnego gazu, który wychodzi przez otwory, jest proporcjonalny do lokalnego ciśnienia tego samego.

Rycina 1. Rurka Rubensa. Źródło: wikimedia commons

Rysunek 1 pokazuje zapaloną rurkę Rubensa, w której widać, że wysokość płomieni jest zgodna z wzorem fali, czyli dokładnie taką, jak dźwięk.

Rura Rubensa nosi imię jej twórcy - Heinricha Leopolda Rubensa (1865 - 1922) - który był wybitnym niemieckim fizykiem i inżynierem. Jego głównym obszarem badań było badanie promieniowania elektromagnetycznego w podczerwieni, a jego badania miały decydujące znaczenie dla rozwoju teorii promieniowania ciała doskonale czarnego, które później doprowadziły do ​​powstania fizyki kwantowej.

W 1904 roku Heinrich Rubens zbudował swoją słynną rurę, pierwotnie czterometrową, z rzędem 200 perforacji rozmieszczonych u góry w odstępach 2 cm.

materiały

-Najpierw rysuje się linię wzdłuż rury ołówkiem lub markerem. Konieczne jest również wykonanie poprzecznych znaków w odstępach 1 cm i 10 cm od końców rurki, które służą do wywiercenia otworów.

- Za pomocą wiertarki stołowej należy wykonać otwory wiertłem o średnicy 1,5 mm w uprzednio narysowanych oznaczeniach.

-Na jednym końcu rurki umieszcza się łącznik gwintu do węża, a wylot rury jest zakryty z drugiej, przy użyciu kawałka lateksu rękawicy jako membrany. Jest on mocno przymocowany taśmą maskującą i zabezpieczony zaciskiem umieszczonym na taśmie, aby membrana nie została przecięta.

-Następnie podłącza się butlę z gazem, a na końcu membrany umieszcza się głośnik, który z kolei został podłączony do wzmacniacza audio. Sygnał można generować za pomocą telefonu komórkowego, ponieważ istnieją aplikacje do generowania sygnałów audio na danej częstotliwości.

-Na końcu wyjście audio jest podłączone do wzmacniacza za pomocą odpowiednich kabli. Schemat przedstawiono na rysunku 2. Po zapaleniu się płomienia można wizualizować dźwięki w płomieniach tuby Rubensa.

Środki ostrożności

-Zachowaj odpowiednie środki ostrożności, ponieważ zamierzasz pracować z gazem i ogniem, więc eksperyment należy przeprowadzić w dobrze wentylowanych pomieszczeniach i usunąć wszystkie łatwopalne przedmioty i substancje z otoczenia.

-Unikaj przeciągów.

-Uważaj, aby nie zostawiać włączonego urządzenia zbyt długo, aby nie uszkodzić głośnika.

-Falistość najlepiej obserwować zmniejszając intensywność świateł.

Rysunek 2. Schemat rurki Rubensa. Źródło: wykonane samodzielnie.

Funkcjonowanie

Kiedy gaz wychodzący z perforacji jest zapalany, a źródło dźwięku jest przykładane blisko membrany, można zobaczyć, jak płomienie o różnej wysokości rysują kształt fali stojącej wewnątrz rury.

Membrana umożliwia przekazywanie impulsów ciśnienia akustycznego wytwarzanych przez głośnik lub tubę umieszczoną obok membrany do wnętrza rury, które są odbijane, gdy docierają do drugiego końca.

Nałożenie fali transmitowanej i fali odbitej powoduje różnice ciśnień, wytwarzając falę stojącą, której wzór jest odtwarzany przez wysokość płomieni, takich jak wyższe obszary (szczyty) i obszary, w których płomień jest ledwo rozróżnialny (doliny lub węzły).

Odpowiednie częstotliwości

Głośnik można podłączyć do generatora fal o zmiennej częstotliwości, który należy ustawić na odpowiednie częstotliwości, aby wizualizować różne tryby fali stojącej, które powstają wewnątrz rury.

Odpowiednie częstotliwości zależą od długości rury, a zależność, jaką muszą spełniać, jest następująca:

Gdzie L to długość, a n = 1, 2, 3, 4 …

Możesz także podłączyć głośnik do wyjścia odtwarzacza muzycznego, aby wizualizować dźwięk muzyki przez płomienie.

Rura Kundta: poprzedniczka rury Rubensa

Rurka Rubensa jest odmianą rury Kundta, stworzoną przez innego niemieckiego fizyka Augusta Kundta, który w 1866 roku zbudował szklaną rurkę, umieścił ją poziomo i wypełnił kawałkami korka lub pyłu zarodników z paproci Lycopodium.

Następnie jeden koniec zamknął tłokiem, a na drugim założył elastyczną membranę, do której przyczepił źródło dźwięku. Czyniąc to, zaobserwował, jak pył zarodników gromadził się razem w węzłach fali stojącej, która tworzy się wewnątrz rury, a następnie można zmierzyć długość fali.

Zmieniając położenie tłoka, można wyświetlić wzory odpowiadające różnym trybom wibracji dla danego źródła dźwięku.

Rurka Kundta jest bardzo przydatna do pomiaru prędkości dźwięku w różnych gazach i w różnych temperaturach i jest oczywiste, że Heinrich Rubens zainspirował się tą pracą, aby stworzyć swoją słynną lampę.

Bibliografia

1. Acoustics Web. Rurka Rubensa. Odzyskany z acusticaweb.com
2. Tao fizyki. Płomienie w tubie akustycznej. Odzyskany z: vicente1064.blogspot.com
3. Maciel T. Flaming Oscilloscope: The Physics of Rubens 'Flame Tube. Odzyskany z: physicsbuzz.physicscentral.com.
4. Demonstracja dźwięku i fal z tubą Rubensa. Pobrane z: people.physics.tamu.edu.
5. Wikipedia. Heinrich Rubens. Odzyskane z: wikipedia.com
6. Wikipedia. Rurka Rubensa. Odzyskane z: wikipedia.com.