РУБЕНС ТРЪБА: ИСТОРИЯ, МАТЕРИАЛИ, ОПЕРАЦИЯ - НАУКА - 2025

В тръбата Рубенс е устройство, което се състои от тръба с високоговорител в единия край и един ред от перфорации, чрез които запалим газ излиза, която се запалва, за да произведе малки пламъци.

Този дизайн прави възможно визуализирането на звуковите вълни в тръбата, произведени от високоговорителя. И показва без съмнение, че звукът е вълна под налягане, тъй като потокът на запалим газ, който излиза през отворите, е пропорционален на локалното налягане на същото.

Фигура 1. Рубенова тръба. Източник: wikimedia commons

Фигура 1 показва осветена тръба на Рубенс, в която се вижда, че височината на пламъците следва модел на вълната, който е точно този на звука.

Тръбата на Рубенс е кръстена на своя създател - Хайнрих Леополд Рубенс (1865 - 1922), който е бил виден немски физик и инженер. Основната му област на изследване беше изучаването на електромагнитното излъчване в инфрачервения и неговите изследвания бяха решаващи за развитието на теориите за излъчване на черно тяло, които по-късно доведоха до квантовата физика.

През 1904 г. Хайнрих Рубенс построява своята известна тръба, първоначално дълга четири метра с редица от 200 перфорации, разположени на разстояние 2 сантиметра в горната част.

материали

-Първо, по протежение на тръбата се проследява линия с молив или маркер. Необходимо е също така да се правят напречни белези на разстояние 1 см и на разстояние 10 сантиметра от краищата на тръбата, които служат за пробиване на дупките.

-С стенд пробиване дупките са направени с помощта на свредло с диаметър 1,5 мм в изчертаните преди това марки.

-В единия край на тръбата се поставя адаптер за резба към маркуч и изходът на тръбата се покрива от другата, като се използва парче от латекса на ръкавицата като мембрана. Това се фиксира плътно с лента за маскиране и се закрепва със скоба, която се поставя над лентата, така че мембраната да не се нарязва.

-След това газовият цилиндър е свързан и в края на мембраната се поставя говорител, който от своя страна е свързан към аудио усилвател. Сигналът може да се генерира с мобилния телефон, тъй като има приложения за генериране на аудио сигнали с дадена честота.

-Накрая, аудио изходът е свързан към усилвателя с помощта на съответните кабели. Схемата е на фигура 2. След като пламъкът е запален, можете да визуализирате звуците в пламъците на тръбата на Рубенс.

Предпазни мерки

- Вземете съответните предпазни мерки, тъй като ще работите с газ и огън, така че експериментът трябва да се проведе в добре проветриви помещения и да се отстранят всички запалими предмети и вещества от околната среда.

-Избягвайте чернови.

-Внимавайте да не оставяте устройството прекалено дълго, за да не повредите високоговорителя.

-Вълновият модел се наблюдава най-добре чрез намаляване на интензитета на светлините.

Фигура 2. Схема на тръбата на Рубенс. Източник: самостоятелно направен.

Функциониращ

Когато газът, излизащ от перфорациите, се запалва и източникът на звук се прилага близо до мембраната, може да се види как пламъците с различна височина рисуват формата на стоящата вълна вътре в тръбата.

Мембраната е това, което позволява на импулсите на звуковото налягане, произведени от високоговорителя или клаксона, поставен до мембраната, да се предават към вътрешността на тръбата, които се отразяват, когато достигнат до другия край.

Суперпозицията на предаваната вълна и отразената вълна създава разлики в налягането, създавайки стояща вълна, чийто образец се възпроизвежда от височината на пламъците, като по-високи зони (върхове) и области, където пламъкът почти не се различава (долини или възли).

Подходящи честоти

Говорителят може да бъде свързан към генератор на вълни с променлива честота, който трябва да бъде настроен на подходящи честоти, за да визуализира различните режими на стояща вълна, които се формират вътре в тръбата.

Подходящите честоти зависят от дължината на тръбата и връзката, която трябва да отговарят, е следната:

Където L е дължината и n = 1, 2, 3, 4…

Говорителят може да бъде свързан и към изхода на музикален плейър, за да визуализира звука на музиката през пламъците.

Тръбата Kundt: предшественик на тръбата Rubens

Рубеновата тръба е вариант на тръбата Kundt, създадена от друг немски физик на име Август Кунд, който през 1866 г. построи стъклена тръба, постави я хоризонтално и я напълни с парчета корк или спорен прах от папрата на Lycopodium.

След това затвори единия край с бутало и сложи гъвкава мембрана от другата, към която прикрепи източник на звук. Правейки това, той наблюдава как споровият прах се струпва заедно с възлите на стоящата вълна, която се образува вътре в тръбата и дължината на вълната може да бъде измерена.

Чрез промяна на положението на буталото, моделите, съответстващи на различните режими на вибрация, могат да бъдат показани за даден източник на звук.

Тръбата на Кунд е много полезна за измерване на скоростта на звука в различни газове и при различни температури и е ясно, че Хайнрих Рубенс е бил вдъхновен от тази работа за създаването на известната си тръба.

Препратки

1. Акустична мрежа. Рубенс тръба. Възстановена от acusticaweb.com
2. Дао на физиката. Пламъци в акустична тръба. Възстановена от: vicente1064.blogspot.com
3. Maciel, T. Пламтящият осцилоскоп: Физиката на пламъка на Рубенс. Възстановено от: physicsbuzz.physicscentral.com.
4. Демонстрация на звук и вълни с тръба на Рубенс. Извлечено от: people.physics.tamu.edu.
5. Wikipedia. Хайнрих Рубенс. Възстановено от: wikipedia.com
6. Wikipedia. Рубенс тръба. Възстановено от: wikipedia.com.