História do tubo Rubens, materiais, operação

Ele Tubo de rubens É um dispositivo que consiste em um tubo com um alto -falante colocado em uma extremidade e uma fileira de perfurações através das quais o gás inflamável sai, que se liga para produzir pequenas chamas.

Este design possibilita as ondas sonoras dentro do tubo produzido pelo orador. E demonstra, sem dúvida.

figura 1. Tubo de rubens. Fonte: Wikimedia Commons

A Figura 1 mostra um tubo loiro, no qual se pode observar que a altura das chamas segue um padrão de onda, que é precisamente o som. 

O Tube Rubens recebeu o nome de seu criador -Heinrich Leopold Rubens (1865 -1922) -, que era um excelente físico e engenheiro alemão.  Seu principal campo de pesquisa foi o estudo da radiação eletromagnética no infravermelho e suas investigações foram decisivas no desenvolvimento de teorias de radiação do corpo negro que subsequentemente levaram à física quântica.

Em 1904, Heinrich Rubens construiu seu famoso tubo, originalmente quatro metros de comprimento com uma fileira de 200 perfurações com uma separação de 2 centímetros em sua parte superior.

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Materiais 

É possível construir um tubo Rubens com materiais relativamente comuns, conforme detalhado abaixo. Se precisa:

- Tubo de metal anodizado de ½ polegada por um metro de comprimento com um fio em uma de suas extremidades, a outra extremidade deve estar bem lixada, para eliminar todas as bordas afiadas.

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- Adaptador de bronze de rosca ½ a ¼ polegada de mangueira.

- Garrafa de gás de propano com regulador de pressão e adaptador de mangueira de ¼ de polegada.

- Abraçadeiras.

- Luvas de látex e grampo de tubo de ½ polegada.

- Suporte de madeira para colocar o tubo em uma mesa.

Construção do tubo de Rubens

-Primeiro, uma linha é desenhada com lápis ou marcador ao longo do tubo. Também é necessário fazer marcas transversais de 1 cm de separação entre elas e 10 centímetros da separação das extremidades do tubo, que servem para perfurar os orifícios.

-Com uma broca bancária, as perfurações são feitas, usando uma broca de 1,5 mm de diâmetro, nas marcas anteriormente rastreadas.

-Em uma extremidade do tubo, o adaptador de rosca é colocado na mangueira e, no outro, a saída do tubo é coberta, usando um pedaço do látex da luva como uma membrana. Isso está cansado de fita adesiva e garante um grampo que seja colocado na fita, para que a membrana não seja cortada.

-Em seguida, a garrafa de gás está conectada e um alto -falante é colocado no final da membrana, que por sua vez se conectou a um amplificador de áudio. O sinal pode ser gerado com o celular, pois existem aplicativos para gerar sinais de áudio em uma determinada frequência.

-Finalmente, a saída de áudio está conectada ao amplificador usando os cabos apropriados. O esquema está na Figura 2. Depois que a chama está ligada, você já pode visualizar os sons nas chamas do tubo Rubens.

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Precauções

-Tome as precauções relevantes, pois funcionará com gás e fogo, para que o experimento seja realizado em espaços bem ventilados e remova todos os objetos e substâncias inflamáveis ​​do ambiente.

-As correntes de ar devem ser evitadas.

-Tente não deixar o dispositivo por muito tempo, para evitar danificar o alto -falante.

-O padrão de onda está reduzindo melhor a intensidade das luzes.

Figura 2. Esquema de tubo de Rubens. Fonte: Self feito.

Funcionamento

Quando o gás que sai através das perfurações é iluminado e a fonte de som é aplicada perto da membrana, pode -se ver como as chamas de altura variáveis ​​desenham a forma da onda estacionária dentro do tubo.

A membrana é a que permite que os pulsos de pressão sonora produzidos pelo alto -falante ou buzina colocados ao lado da membrana sejam transmitidos ao interior do tubo, que são refletidos quando atingem o outro extremo.

A sobreposição da onda transmitida e a onda refletida cria diferenças de pressão, produzindo uma onda estacionária cujo padrão é reproduzido pela altura das chamas, como áreas mais altas (cordilheiras) e áreas em que a chama é mal distinguida (vales ou nós).

Frequências apropriadas

O alto -falante pode ser conectado a um gerador de ondas de frequência variável que deve ser ajustado às frequências apropriadas para visualizar os diferentes modos de onda estacionária que se formam dentro do tubo.

As frequências apropriadas dependem do comprimento do tubo e do relacionamento que eles devem cumprir é o seguinte:

F = (V _som /2L) n

Ser eu o comprimento e N = 1, 2, 3, 4 ..

Você também pode conectar o alto -falante à saída de um tocador de música para visualizar o som da música através das chamas.

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Kundt's Tube: Rubens Tube Predecessor

O tubo de Rubens é uma variante do tubo Kundt, criado por outro físico alemão chamado August Kundt, que em 1866 construiu um tubo de vidro, colocou -o horizontalmente e o encheu com pedaços de cortiça ou poeira de esporos do Lycopodium samn. 

Então ele fechou uma extremidade com um êmbolo e, por outro, ele colocou uma membrana flexível, à qual uma fonte de som anexou. Ao fazer isso, ele observou como a poeira dos esporos foi agrupada nos nós da onda estacionária que é formada dentro do tubo e o comprimento de onda pode ser medido.

Alterar a posição do pistão pode ser exibido os padrões correspondentes aos diferentes modos de vibração, para uma determinada fonte de som. 

O tubo Kundt é muito útil para medir a velocidade do som em diferentes gases e a diferentes temperaturas e é inquestionável que Heinrich Rubens tenha sido inspirado por este trabalho para criar seu famoso tubo.

Referências

1. Acústica da web. Tubo de rubens. Recuperado da AholicWeb.com
2. O tao da física. Flamas em um tubo acústico. Recuperado de: vicente1064.Blogspot.com
3. Maciel, T. O osciloscópio flamejante: a física do tubo de chama de Rubens. Recuperado de: PhysicsBuzz.PhysicsCentral.com.
4. Demonstração de som e ondas com um tubo de Rubens. Recuperado de: pessoas.Física.Tamu.Edu.
5. Wikipedia. Heinrich Rubens. Recuperado de: Wikipedia.com
6. Wikipedia. Tubo de rubens. Recuperado de: Wikipedia.com.