Il Tubo di Rubens È un dispositivo costituito da un tubo con un altoparlante posto ad un'estremità e una fila di fori attraverso i quali fuoriesce gas infiammabile, che si incendia producendo piccole fiamme.
Questo design consente di visualizzare le onde sonore all'interno del tubo prodotte dal diffusore. E mostra senza dubbio che il suono è un'onda di pressione, poiché il flusso di gas infiammabile che fuoriesce dagli orifizi è proporzionale alla pressione locale degli stessi..
La figura 1 mostra un tubo di Rubens acceso, in cui si può vedere che l'altezza delle fiamme segue un andamento ondulatorio, che è appunto quello del suono.
Il tubo di Rubens prende il nome dal suo creatore - Heinrich Leopold Rubens (1865-1922) - che era un eminente fisico e ingegnere tedesco. Il suo principale campo di ricerca è stato lo studio della radiazione elettromagnetica nell'infrarosso e la sua ricerca è stata decisiva nello sviluppo delle teorie della radiazione del corpo nero che successivamente hanno portato alla fisica quantistica..
Nel 1904 Heinrich Rubens costruì il suo famoso tubo, originariamente lungo quattro metri con una fila di 200 perforazioni distanziate di 2 centimetri nella parte superiore..
Indice articolo
È possibile costruire un tubo Rubens con materiali relativamente comuni, come descritto di seguito. È obbligatorio:
- Tubo in metallo anodizzato di ½ pollice per un metro di lunghezza con filettatura ad un'estremità, l'altra estremità deve essere ben levigata, per eliminare tutti i bordi taglienti.
- Adattatore per tubo in ottone da ½ filetto a ¼ di pollice.
- Bombola di gas propano con regolatore di pressione e adattatore per tubo da ¼ di pollice.
- Fascette per tubi.
- Guanti in lattice e morsetto per tubi da ½ pollice.
- Supporto in legno per posizionare orizzontalmente il tubo su un tavolo.
-Viene prima tracciata una linea lungo il tubo con una matita o un pennarello. È inoltre necessario fare segni trasversali a 1 cm di distanza e 10 cm di distanza dalle estremità del tubo, che vengono utilizzati per praticare i fori..
-Con un trapano da banco si praticano i fori, utilizzando una punta da trapano diametro 1,5 mm, nei segni precedentemente disegnati.
-Ad un'estremità del tubo, viene posizionato l'adattatore filo-tubo e all'altra estremità viene coperta l'uscita del tubo, utilizzando un pezzo di lattice del guanto come membrana. Questo viene fissato saldamente con nastro adesivo e fissato con un morsetto posizionato sul nastro in modo che la membrana non venga tagliata..
-Quindi la bombola del gas viene collegata e un altoparlante viene posizionato all'estremità della membrana, che a sua volta è stata collegata a un amplificatore audio. Il segnale può essere generato con il cellulare, poiché esistono app per generare segnali audio a una determinata frequenza.
-Infine, l'uscita audio viene collegata all'amplificatore tramite gli appositi cavi. Lo schema è in figura 2. Una volta accesa la fiamma, puoi già visualizzare i suoni nelle fiamme del tubo di Rubens.
-Prendi le precauzioni del caso poiché lavorerai con gas e fuoco, quindi l'esperimento deve essere condotto in spazi ben ventilati e rimuovere tutti gli oggetti e le sostanze infiammabili dall'ambiente circostante..
-Le bozze dovrebbero essere evitate.
-Fare attenzione a non lasciare il dispositivo acceso troppo a lungo, per evitare di danneggiare l'altoparlante.
-Il modello d'onda si vede meglio abbassando l'intensità delle luci.
Quando il gas in uscita dalle perforazioni viene acceso e la sorgente sonora viene applicata in prossimità della membrana, si può vedere come le fiamme di altezza variabile disegnino la forma dell'onda stazionaria all'interno del tubo.
La membrana è ciò che permette di trasmettere all'interno del tubo gli impulsi di pressione sonora prodotti dal diffusore o dalla tromba posta accanto alla membrana, che vengono riflessi quando raggiungono l'altra estremità.
La sovrapposizione dell'onda trasmessa e dell'onda riflessa crea differenze di pressione, producendo un'onda stazionaria il cui andamento è riprodotto dall'altezza delle fiamme, come aree più alte (creste) e zone dove la fiamma è appena distinguibile (valli o nodi).
L'altoparlante può essere collegato a un generatore di onde a frequenza variabile che deve essere impostato sulle frequenze appropriate per visualizzare le diverse modalità di onde stazionarie che si formano all'interno del tubo..
Le frequenze appropriate dipendono dalla lunghezza del tubo e il rapporto che devono soddisfare è il seguente:
f = (v suono / 2L) n
Essere L la lunghezza e n = 1, 2, 3, 4 ...
È inoltre possibile collegare l'altoparlante all'uscita di un lettore musicale per visualizzare il suono della musica attraverso le fiamme.
Il tubo di Rubens è una variante del tubo Kundt, creato da un altro fisico tedesco di nome August Kundt, che nel 1866 costruì un tubo di vetro, lo posizionò orizzontalmente e lo riempì con pezzi di sughero o polvere di spore della felce Lycopodium..
Quindi ha chiuso un'estremità con uno stantuffo e ha messo una membrana flessibile sull'altra, alla quale ha attaccato una sorgente sonora. In tal modo, ha osservato come la polvere di spore si è aggregata ai nodi dell'onda stazionaria che si forma all'interno del tubo e la lunghezza d'onda può quindi essere misurata..
Modificando la posizione dello stantuffo, è possibile visualizzare i modelli corrispondenti alle diverse modalità di vibrazione, per una data sorgente sonora..
Il tubo di Kundt è molto utile per misurare la velocità del suono in diversi gas ea diverse temperature ed è chiaro che Heinrich Rubens si è ispirato a questo lavoro per creare il suo famoso tubo.
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