- materials
- precaucions
- funcionament
- freqüències apropiades
- El tub de Kundt: predecessor de el tub de Rubens
- referències
El tub de Rubens és un dispositiu que consisteix en un tub amb un altaveu col·locat en un extrem i una filera de perforacions per les quals surt gas inflamable, que s'encén per produir petites flames.
Aquest disseny fa possible visualitzar les ones de so dins de l'tub produïdes per l'altaveu. I demostra sense cap dubte que el so és una ona de pressió, ja que el flux de gas inflamable que surt pels orificis és proporcional a la pressió local d'aquest.
Figura 1. Tub de Rubens. Font: wikimedia commons
La figura 1 mostra un tub de Rubens encès, en el qual es pot observar que l'alçada de les flames segueix un patró d'ones, que és justament el de el so.
El tub de Rubens porta el nom del seu creador -Heinrich Leopold Rubens (1865 - 1922) -, que va ser un destacat físic i enginyer alemany. El seu camp d'investigació principal va ser l'estudi de la radiació electromagnètica en l'infraroig i les seves investigacions van ser decisives en el desenvolupament de les teories de la radiació de cos negre que posteriorment van conduir a la física quàntica.
El 1904 Heinrich Rubens va construir el seu famós tub, originalment de quatre metres de llarg amb una filera de 200 perforacions amb separació de 2 centímetres a la part superior.
materials
-Primer es traça amb llapis o marcador una línia al llarg de l'tub. També cal fer marques transversals d'1 cm de separació entre elles ia 10 centímetres de separació dels extrems de l'tub, que serveixen per perforar els orificis.
-Amb un trepant de banc es fan les perforacions, usant una broca de 1,5 mm de diàmetre, en les marques anteriorment traçades.
-En un extrem de el tub es col·loca l'adaptador de rosca a mànega i per l'altre es tapa la sortida de l'tub, usant un tros de el làtex de el guant com a membrana. Aquesta es fixa en forma tensa amb cinta d'emmascarar i s'assegura amb una abraçadora que es col·loca sobre la cinta, de manera que no es talli la membrana.
Després es connecta la bombona de gas i per l'extrem de la membrana es col·loca un parlant, que al seu torn s'ha connectat a un amplificador d'àudio. El senyal es pot generar amb el mòbil, ja que existeixen apps per generar senyals d'àudio a un freqüència donada.
-Finalment es connecta la sortida d'àudio amb l'amplificador usant els cables apropiats. L'esquema està a la figura 2. Una vegada que s'encengui la flama ja pot visualitzar els sons en les flames de l'tub de Rubens.
precaucions
-Prengui les precaucions pertinents ja que va a treballar amb gas i foc, de manera que l'experiment s'ha de realitzar en espais ben ventilats i retirar dels voltants tots els objectes i substàncies inflamables.
-Es han d'evitar els corrents d'aire.
-Procure no deixar encès el dispositiu massa temps, per evitar danyar el parlant.
-El patró d'ones s'observa millor disminuint la intensitat de les llums.
Figura 2. Esquema de l'tub de Rubens. Font: elaboració pròpia.
funcionament
Quan s'encén el gas que surt per les perforacions i s'aplica la font de so prop de la membrana, es pot veure com les flames d'alçada variable dibuixen la forma de l'ona estacionària a l'interior de l'tub.
La membrana és la que permet que els polsos de pressió sonora produïts pel parlant o botzina col·locada al costat de la membrana siguin transmesos a l'interior de l'tub, els quals es reflecteixen quan arriben a l'altre extrem.
La superposició de l'ona transmesa i l'ona reflectida crea diferències de pressió, produint una ona estacionària el patró és reproduït per l'altura de les flames, com a zones més altes (crestes) i zones en què amb prou feines es distingeix la flama (valls o nodes).
freqüències apropiades
El parlant es pot connectar a un generador d'ones de freqüència variable que s'ha d'ajustar a les freqüències apropiades per a visualitzar les diferents maneres d'ona estacionària que es formen a l'interior de l'tub.
Les freqüències apropiades depenen de la longitud d'el tub i la relació que han de complir és la següent:
Sent L la longitud i n = 1, 2, 3, 4…
També es pot connectar el parlant a la sortida d'un reproductor de música per visualitzar el so de la música a través de les flames.
El tub de Kundt: predecessor de el tub de Rubens
El tub de Rubens és una variant de l'tub de Kundt, creat per un altre físic alemany anomenat August Kundt, qui en 1866 va construir un tub de vidre, el va col·locar en forma horitzontal i el va omplir amb trossos de suro o polsim d'espores de la falguera Lycopodium.
Després va tancar un extrem amb un èmbol i en l'altre va posar una membrana flexible, a la qual va adossar una font de so. A el fer-ho va observar com el polsim d'espores s'agrupava en els nodes de l'ona estacionària que es forma dins de l'tub i pot mesurar-se llavors la longitud d'ona.
Canviant la posició de l'èmbol poden visualitzar-se els patrons corresponents als diferents modes de vibració, per a una font de so donada.
El tub de Kundt és molt útil per mesurar la velocitat del so en diferents gasos ia diferents temperatures i és indubtable que Heinrich Rubens es va inspirar en aquesta obra per a crear el seu famós tub.
referències
- Acústica web. El tub de Rubens. Recobrat de acusticaweb.com
- El tao de la física. Flamas en un tub acústic. Recobrat de: vicente1064.blogspot.com
- Maciel, T. The Flaming Oscilloscope: The Physics of Rubens 'Flame Tube. Recobrat de: physicsbuzz.physicscentral.com.
- Sound and Waves Demonstration with a Rubens 'Tube. Recobrat de: people.physics.tamu.edu.
- Wikipedia. Heinrich Rubens. Recobrat de: wikipedia.com
- Wikipedia. Tub de Rubens. Recobrat de: wikipedia.com.