Scherma, materiali, funzionamento del tubo di Rubens

Lui Tubo Rubens È un dispositivo che consiste in un tubo con un altoparlante posto a un'estremità e una fila di perforazioni attraverso la quale esce il gas infiammabile, che si accende per produrre piccole fiamme.

Questo design rende possibile le onde sonore all'interno del tubo prodotto dall'altoparlante. E dimostra senza dubbio che il suono è un'onda di pressione, poiché il flusso di gas infiammabile che esce attraverso i fori è proporzionale alla pressione locale dello stesso.

Figura 1. Tubo Rubens. Fonte: Wikimedia Commons

La Figura 1 mostra un tubo biondo acceso, in cui si può vedere che l'altezza delle fiamme segue un motivo ad onda, che è proprio il suono. 

Rubens Tube prende il nome dal suo Creatore -Heinrich Leopold Rubens (1865-1922) -, che era un fisico e ingegnere tedesco eccezionale.  Il suo campo di ricerca principale era lo studio delle radiazioni elettromagnetiche nell'infrarosso e le sue indagini erano decisive nello sviluppo di teorie delle radiazioni 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 con una separazione di 2 centimetri nella sua parte superiore.

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Materiali 

È possibile costruire un tubo Rubens con materiali relativamente comuni, come dettagliato di seguito. È obbligatorio:

- Tubo metallico anodizzato di ½ pollice di un metro lungo con un filo a una delle sue estremità, l'altra estremità deve essere ben levigata, per eliminare tutti i bordi affilati.

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- Adattatore in bronzo filo da ½ a ¼ di pollice tubo.

- Bottiglia di gas a propano con regolatore di pressione e adattatore per tubo da ¼ di pollice.

- Morsetti per tubi.

- Guanti in lattice e morsetto del tubo da ½ pollice.

- Supporto in legno per posizionare il tubo su un tavolo.

Costruzione di tubi Rubens

-Prima viene tracciata una linea con matita o marcatore lungo il tubo. È inoltre necessario effettuare segni trasversali di 1 cm di separazione tra loro e 10 centimetri dalla separazione dalle estremità del tubo, che servono a perforare i buchi.

-Con un trapano bancario vengono realizzate le perforazioni, utilizzando un trapano di diametro di 1,5 mm, nei segni precedentemente tracciati.

-A un'estremità del tubo l'adattatore del filo è posizionato sul tubo e sull'altro l'uscita del tubo è coperta, usando un pezzo di lattice del guanto come membrana. Questo è stanco del nastro adesivo e garantisce un morsetto posizionato sul nastro.

-Quindi la bottiglia di gas è collegata e un altoparlante viene posizionato all'estremità della membrana, che a sua volta si è collegato a un amplificatore audio. Il segnale può essere generato con il cellulare, poiché ci sono app per generare segnali audio a una data frequenza.

-Infine, l'uscita audio è collegata con l'amplificatore utilizzando i cavi appropriati. Lo schema è nella Figura 2. Una volta attivata la fiamma, puoi già visualizzare i suoni nelle fiamme del tubo Rubens.

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Precauzioni

-Prendi le precauzioni pertinenti poiché funzionerà con gas e incendio, in modo che l'esperimento debba essere eseguito in spazi ben ventilati e rimuovere tutti gli oggetti e le sostanze infiammabili da ciò.

-Le correnti d'aria dovrebbero essere evitate.

-Cerca di non lasciare il dispositivo troppo a lungo, per evitare di danneggiare l'altoparlante.

-Il modello d'onda sta riducendo meglio l'intensità delle luci.

figura 2. Schema del tubo Rubens. Fonte: sé realizzato.

Funzionamento

Quando il gas che esce attraverso le perforazioni viene acceso e la sorgente sonora viene applicata vicino alla membrana, si può vedere come le fiamme di altezza variabile disegnano la forma dell'onda stazionaria all'interno del tubo.

La membrana è quella che consente di trasmettere gli impulsi di pressione sonora prodotti dall'altoparlante o del corno accanto alla membrana.

La sovrapposizione dell'onda trasmessa e l'onda riflessa crea differenze di pressione, producendo un'onda stazionaria il cui modello è riprodotto dall'altezza delle fiamme, come aree superiori (creste) e aree in cui la fiamma è appena distinta (valli o nodi).

Frequenze appropriate

L'altoparlante può essere collegato a un generatore di onde a frequenza variabile che deve essere regolato alle frequenze appropriate per visualizzare le diverse modalità d'onda stazionarie che si formano all'interno del tubo.

Le frequenze appropriate dipendono dalla lunghezza del tubo e dalla relazione che devono soddisfare è la seguente:

F = (V _suono /2l) n

Essendo L la lunghezza e N = 1, 2, 3, 4 ..

Puoi anche collegare l'altoparlante all'uscita di un lettore musicale per visualizzare il suono della musica attraverso le fiamme.

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Kundt's Tube: Rubens Tube Predecessor

Il tubo Rubens è una variante del tubo Kundt, creata da un altro fisico tedesco di nome August Kundt, che nel 1866 costruì un tubo di vetro, lo mise in orizzontale e lo riempì di pezzi di sughero o polvere di spore della felce licopodio. 

Quindi ha chiuso un'estremità con uno stantuffo e sull'altro ha messo una membrana flessibile, a cui è attaccata una sorgente sonora. In tal modo, ha osservato come la polvere delle spore è stata raggruppata nei nodi dell'onda stazionaria che si forma all'interno del tubo e la lunghezza d'onda può quindi essere misurata.

La modifica della posizione del pistone può essere visualizzata i motivi corrispondenti alle diverse modalità di vibrazione, per una determinata sorgente sonora. 

Il tubo Kundt è molto utile per misurare la velocità del suono in gas diversi e a temperature diverse ed è indiscutibile che Heinrich Rubens sia stato ispirato da questo lavoro per creare il suo famoso tubo.

Riferimenti

1. Web Acoustics. Tubo Rubens. Recuperato da AholticWeb.com
2. Il Tao della fisica. Flamas in un tubo acustico. Recuperato da: Vicente1064.Blogspot.com
3. Maciel, t. L'oscilloscopio fiammeggiante: la fisica del tubo di fiamma di Rubens. Recuperato da: fisicoBuzz.Fisico centrale.com.
4. Sound and Waves Dimostrazione con un tubo di Rubens. Recuperato da: persone.Fisica.Tamu.Edu.
5. Wikipedia. Heinrich Rubens. Recuperato da: Wikipedia.com
6. Wikipedia. Tubo Rubens. Recuperato da: Wikipedia.com.