RUBENS TUBE: HISTORIE, MATERIALER, BETJENING - VIDENSKAB - 2025

The Rubens rør er en anordning, der består af et rør med en højttaler i den ene ende og en række perforeringer, gennem hvilke brændbare gas kommer ud, som antænder at producere små flammer.

Dette design gør det muligt at visualisere lydbølgerne i røret produceret af højttaleren. Og det viser uden tvivl, at lyd er en trykbølge, da strømmen af ​​brændbar gas, der kommer ud gennem åbningerne, er proportional med det lokale tryk af den samme.

Figur 1. Rubens rør. Kilde: wikimedia commons

Figur 1 viser et tændt Rubens-rør, hvor det kan ses, at flammenes højde følger et bølgemønster, der netop er lydens.

Rubens-røret er opkaldt efter dets skaber - Heinrich Leopold Rubens (1865 - 1922) - som var en fremtrædende tysk fysiker og ingeniør. Hans vigtigste forskningsfelt var studiet af elektromagnetisk stråling i den infrarøde, og hans undersøgelser var afgørende i udviklingen af ​​teorierne om sort legemsstråling, som senere førte til kvantefysik.

I 1904 byggede Heinrich Rubens sit berømte rør, oprindeligt fire meter langt med en række på 200 perforeringer med to centimeter fra hinanden øverst.

materialer

-Først spores en linje langs røret med en blyant eller markør. Det er også nødvendigt at lave tværgående mærker 1 cm fra hinanden og 10 centimeter fra hinanden fra rørenderne, der tjener til at bore hullerne.

-Med en bænkboring fremstilles hullerne ved hjælp af en 1,5 mm diameterbor i de tidligere trukkede mærker.

-I den ene ende af røret placeres gevind-til-slangeadapteren, og rørets udløb dækkes på den anden ved hjælp af et stykke af handskens latex som en membran. Dette fastgøres tæt med maskeringstape og fastgøres med en klemme, der placeres over båndet, så membranen ikke skæres.

-Derefter er gascylinderen tilsluttet, og der placeres en højttaler i slutningen af ​​membranen, som igen er tilsluttet en lydforstærker. Signalet kan genereres med mobilen, da der er apps til at generere lydsignaler på en given frekvens.

-Finalt tilsluttes lydudgangen til forstærkeren ved hjælp af de relevante kabler. Skemaet er i figur 2. Når flammen er tændt, kan du visualisere lydene i flammerne på Rubens røret.

Forholdsregler

-Tag de relevante forholdsregler, da du skal arbejde med gas og ild, så eksperimentet skal udføres i godt ventilerede rum og fjerne alle antændelige genstande og stoffer fra omgivelserne.

-Andre udkast.

-Vær forsigtig med ikke at lade enheden være tændt for længe for at undgå at beskadige højttaleren.

-Bølgemønsteret observeres bedst ved at reducere lysintensiteten.

Figur 2. Rubens rørskema. Kilde: self made.

Fungerende

Når gassen, der kommer ud af perforeringerne, antændes, og lydkilden påføres tæt på membranen, kan det ses, hvordan flammerne i forskellig højde tegner formen af ​​den stående bølge inde i røret.

Membranen er det, der gør det muligt at overføre lydtrykimpulser, der produceres af højttaleren eller hornet placeret ved siden af ​​membranen til det indre af røret, som reflekteres, når de når den anden ende.

Superpositionen af ​​den transmitterede bølge og den reflekterede bølge skaber trykforskelle og frembringer en stående bølge, hvis mønster er gengivet af flammenes højde, såsom højere områder (toppe) og områder, hvor flammen næsten ikke kan skelnes (dale eller knudepunkter).

Passende frekvenser

Højttaleren kan tilsluttes en bølgenerator med variabel frekvens, der skal indstilles til de passende frekvenser for at visualisere de forskellige stående bølgetilstande, der er dannet inde i røret.

De passende frekvenser afhænger af rørets længde, og forholdet, de skal opfylde, er følgende:

Hvor L er længden og n = 1, 2, 3, 4…

Højttaleren kan også tilsluttes output fra en musikafspiller for at visualisere lyden fra musik gennem flammerne.

Kundt-røret: forgænger for Rubens-røret

Rubens-røret er en variant af Kundt-røret, skabt af en anden tysk fysiker ved navn August Kundt, der i 1866 byggede et glasrør, anbragte det vandret og fyldte det med stykker kork eller spore støv fra Lycopodium bregnen.

Derefter lukkede han den ene ende med et stempel og satte en fleksibel membran på den anden, hvortil han fastgjorde en lydkilde. Dermed observerede han, hvordan sporet støv klumpede sig sammen ved knudepunkterne i den stående bølge, der dannes inde i røret, og bølgelængden derefter kan måles.

Ved at ændre stemplets position kan mønstre, der svarer til de forskellige vibrationsformer, vises for en given lydkilde.

Kundts rør er meget nyttigt til at måle lydhastigheden i forskellige gasser og ved forskellige temperaturer, og det er tydeligt, at Heinrich Rubens blev inspireret af dette arbejde til at skabe sit berømte rør.

Referencer

1. Akustikweb. Rubens rør. Gendannes fra acusticaweb.com
2. Fysikens tao. Flammer i et akustisk rør. Gendannes fra: vicente1064.blogspot.com
3. Maciel, T. Det flammende oscilloskop: The Physics of Rubens 'Flame Tube. Gendannes fra: physicsbuzz.physicscentral.com.
4. Demonstration af lyd og bølger med et Rubens 'Tube. Hentet fra: people.physics.tamu.edu.
5. Wikipedia. Heinrich Rubens. Gendannet fra: wikipedia.com
6. Wikipedia. Rubens rør. Gendannet fra: wikipedia.com.