Rubens trubice je zařízení, které se skládá z trubky s reproduktorem na jednom konci a řadou perforací, kterými hořlavý plyn vyjde, které vznítí vyrobit malé plameny.
Tato konstrukce umožňuje vizualizovat zvukové vlny uvnitř trubice produkované reproduktorem. A to bezpochyby ukazuje, že zvuk je tlaková vlna, protože tok hořlavého plynu, který vystupuje skrz otvory, je úměrný místnímu tlaku.
Obrázek 1. Rubensova trubice. Zdroj: wikimedia commons
Obrázek 1 ukazuje osvětlenou Rubensovu trubici, ve které je vidět, že výška plamenů sleduje vlnový vzor, který je přesně výškou zvuku.
Trubka Rubens je pojmenována po jejím tvůrci - Heinrichovi Leopoldovi Rubensovi (1865 - 1922), který byl významným německým fyzikem a technikem. Jeho hlavní pole výzkumu bylo studium elektromagnetického záření v infračerveném záření a jeho výzkumy byly rozhodující ve vývoji teorií záření černého těla, které později vedly ke kvantové fyzice.
V roce 1904 postavil Heinrich Rubens svou slavnou trubku, původně čtyři metry dlouhou, s řadou 200 perforací rozmístěných nahoře 2 centimetry od sebe.
materiály
- Nejprve je čára sledována podél trubice tužkou nebo značkou. Rovněž je třeba vytvořit příčné značky 1 cm od sebe a 10 cm od konců trubky, které slouží k vyvrtání otvorů.
- S lavičkovým vrtáním jsou otvory vyrobeny pomocí vrtačky o průměru 1,5 mm v dříve nakreslených značkách.
- Na jednom konci zkumavky je umístěn adaptér z nitě na hadici a vývod zkumavky je zakryt na druhém pomocí kousku latexu rukavice jako membrány. To je pevně připevněno maskovací páskou a zajištěno svorkou, která je umístěna na pásku tak, aby nedošlo k řezu membrány.
- Poté, co je připojen plynový válec a reproduktor je umístěn na konec membrány, která byla zase připojena k audio zesilovači. Signál lze generovat pomocí mobilního telefonu, protože existují aplikace, které generují zvukové signály při dané frekvenci.
- Konečně je zvukový výstup připojen k zesilovači pomocí příslušných kabelů. Schéma je na obrázku 2. Jakmile je plamen osvětlen, můžete si vizualizovat zvuky v plamenech Rubensovy trubice.
Opatření
- Proveďte příslušná bezpečnostní opatření, protože budete pracovat s plynem a ohněm, takže experiment musí být proveden v dobře větraných prostorách a odstranit všechny hořlavé předměty a látky z okolí.
-Vyhýbejte se konceptům.
- Dejte pozor, abyste přístroj nenechali příliš dlouho zapnutý, aby nedošlo k poškození reproduktoru.
-Vlnový obrazec je nejlépe pozorován snížením intenzity světla.
Obrázek 2. Schéma Rubensovy trubice. Zdroj: vlastní výroba.
Funguje
Když je plyn opouštějící perforace zapálen a zdroj zvuku je aplikován v blízkosti membrány, je vidět, jak plameny různé výšky přitahují tvar stojaté vlny uvnitř trubice.
Membrána je to, co umožňuje, aby pulzy zvukového tlaku vytvářené reproduktorem nebo houkačkou umístěnou vedle membrány byly přenášeny do vnitřku trubice, které se odrážejí, když dosáhnou druhého konce.
Superpozice přenášené vlny a odražené vlny vytváří tlakové rozdíly a vytváří stojatou vlnu, jejíž vzor je reprodukován výškou plamenů, jako jsou vyšší oblasti (vrcholy) a oblasti, kde je plamen stěží rozlišitelný (údolí nebo uzly).
Vhodné frekvence
Reproduktor může být připojen k generátoru s proměnnou frekvencí vlny, který musí být nastaven na příslušné frekvence, aby se vizualizovaly různé režimy stojaté vlny, které se tvoří uvnitř trubice.
Vhodné frekvence závisí na délce trubky a vztahu, který musí splňovat, je následující:
Kde L je délka an = 1, 2, 3, 4…
Reproduktor může být také připojen k výstupu hudebního přehrávače pro vizualizaci zvuku hudby plameny.
Kundtova trubice: předchůdce Rubensovy trubice
Rubensova trubice je varianta Kundtovy trubice, kterou vytvořil další německý fyzik jménem August Kundt, který v roce 1866 postavil skleněnou trubici, umístil ji vodorovně a naplnil ji kousky korku nebo prachu ze spory z kapradiny Lycopodium.
Pak jeden konec uzavřel pístem a na druhý nasadil pružnou membránu, ke které připojil zdroj zvuku. Přitom pozoroval, jak se prach spór shlukuje v uzlech stojaté vlny, která se tvoří uvnitř trubice, a pak lze měřit vlnovou délku.
Změnou polohy pístu lze pro daný zdroj zvuku zobrazit vzory odpovídající různým režimům vibrací.
Kundtova trubice je velmi užitečná pro měření rychlosti zvuku v různých plynech a při různých teplotách a je zřejmé, že Heinrich Rubens byl touto prací inspirován k vytvoření své slavné trubice.
Reference
- Akustika Web. Rubensova trubice. Obnoveno z webu acusticaweb.com
- Tao fyziky. Plameny v akustické trubici. Obnoveno z: vicente1064.blogspot.com
- Maciel, T. Plamenný osciloskop: Fyzika Rubensovy plamenové trubice. Obnoveno z: physicsbuzz.physicscentral.com.
- Ukázka zvuku a vln pomocí Rubensovy trubice. Citováno z: people.physics.tamu.edu.
- Wikipedia. Heinrich Rubens. Obnoveno z: wikipedia.com
- Wikipedia. Rubensova trubice. Obnoveno z: wikipedia.com.