RUBENS TUB: HISTORIA, MATERIAL, DRIFT - VETENSKAP - 2025

Den Rubens röret är en anordning som består av ett rör med en högtalare vid den ena änden och en rad perforeringar, genom vilka brandfarlig gas kommer ut, som antänder att producera små flammor.

Denna design gör det möjligt att visualisera ljudvågorna i röret som produceras av högtalaren. Och det visar utan tvekan att ljud är en tryckvåg, eftersom flödet av brandfarlig gas som kommer ut genom hålen är proportionell mot det lokala trycket på samma.

Bild 1. Rubensrör. Källa: wikimedia commons

Figur 1 visar ett upplyst Rubens-rör, i vilket det kan ses att flammarnas höjd följer ett vågmönster, vilket är exakt ljudet.

Rubens tub är uppkallad efter sin skapare - Heinrich Leopold Rubens (1865 - 1922) - som var en framstående tysk fysiker och ingenjör. Hans huvudsakliga forskningsområde var studiet av elektromagnetisk strålning i den infraröda och hans undersökningar var avgörande för utvecklingen av teorierna om svartkroppsstrålning som senare ledde till kvantfysik.

År 1904 byggde Heinrich Rubens sitt berömda rör, ursprungligen fyra meter långt med en rad på 200 perforeringar med två centimeter mellan varandra på toppen.

material

-Först spåras en linje längs röret med en penna eller markör. Det är också nödvändigt att göra tvärmarkeringar 1 cm från varandra och 10 centimeter ifrån änden på röret, som tjänar till att borra hålen.

-Med en bänk borras hålen med en borr med en diameter på 1,5 mm i de tidigare markerade markeringarna.

-På den ena änden av röret, placera gäng-till-slangadaptern och i den andra änden är rörets utlopp täckt med ett stycke av handskens latex som membran. Detta fixeras tätt med maskeringstejp och säkras med en klämma som placeras över tejpen så att membranet inte skärs.

-Då är gascylindern ansluten och en högtalare placeras i slutet av membranet, som i sin tur har anslutits till en ljudförstärkare. Signalen kan genereras med mobilen, eftersom det finns appar för att generera ljudsignaler vid en given frekvens.

-Slutligen är ljudutgången ansluten till förstärkaren med lämpliga kablar. Schemat finns i figur 2. När lågan är tänd kan du visualisera ljuden i flammarna på Rubens röret.

Försiktighetsåtgärder

-Ta de relevanta försiktighetsåtgärderna eftersom du ska arbeta med gas och eld, så experimentet måste utföras i väl ventilerade utrymmen och ta bort alla brandfarliga föremål och ämnen från omgivningen.

-Ondra utkast.

-Var noga med att inte lämna enheten för länge för att undvika att skada högtalaren.

-Vågmönstret observeras bäst genom att minska ljusintensiteten.

Bild 2. Rubens tubschema. Källa: självgjord.

fungerande

När gasen som kommer ut från perforeringarna antänds och ljudkällan appliceras nära membranet kan man se hur lågorna med varierande höjd drar formen på den stående vågen inuti röret.

Membranet är det som gör att ljudtryckspulserna som produceras av högtalaren eller hornet placerat bredvid membranet kan överföras till rörets inre, som reflekteras när de når den andra änden.

Superpositionen för den överförda vågen och den reflekterade vågen skapar tryckskillnader, vilket ger en stående våg vars mönster reproduceras av höjden på lågorna, såsom högre områden (toppar) och områden där lågan knappt kan urskiljas (dalar eller knutpunkter).

Lämpliga frekvenser

Högtalaren kan anslutas till en våggenerator med variabel frekvens som måste ställas in på lämpliga frekvenser för att visualisera de olika stående våglägena som bildas inuti röret.

De lämpliga frekvenserna beror på rörets längd och förhållandet de måste uppfylla är följande:

Där L är längden och n = 1, 2, 3, 4 …

Högtalaren kan också anslutas till utgången från en musikspelare för att visualisera musikljudet genom lågorna.

Kundtuben: föregångaren till Rubens röret

Rubens-röret är en variant av Kundt-röret, skapat av en annan tysk fysiker vid namn August Kundt, som 1866 byggde ett glasrör, placerade det horisontellt och fyllde det med bitar av kork eller spordamm från Lycopodium-ormbunken.

Sedan stängde han den ena änden med en kolv och satte ett flexibelt membran på den andra, till vilken han fäst en ljudkälla. Därmed observerade han hur spordammet klumpade samman vid noderna i den stående vågen som bildas inuti röret, och våglängden kan sedan mätas.

Genom att ändra kolvns position kan mönstren som motsvarar de olika vibrationslägena visas för en given ljudkälla.

Kundts rör är mycket användbart för att mäta hastigheten på ljudet i olika gaser och vid olika temperaturer, och det är tydligt att Heinrich Rubens inspirerades av detta arbete för att skapa sitt berömda rör.

referenser

1. Akustikwebben. Rubens rör. Återställs från acusticaweb.com
2. Fysikens tao. Lågor i ett akustiskt rör. Återställd från: vicente1064.blogspot.com
3. Maciel, T. The Flaming Oscilloscope: The Physics of Rubens Flame Tube. Återställs från: physicsbuzz.physicscentral.com.
4. Demonstration av ljud och vågor med ett Rubens Tube. Hämtad från: people.physics.tamu.edu.
5. Wikipedia. Heinrich Rubens. Återställd från: wikipedia.com
6. Wikipedia. Rubens rör. Återställd från: wikipedia.com.