A Rubens-cső egy olyan eszköz, amely egy csőből áll, amelynek egyik végén hangszóró van, és egy sor perforációval, amelyeken keresztül tűzveszélyes gáz lép ki, amely meggyullad, és kis lángot eredményez.
Ez a kialakítás lehetővé teszi a hanghullámok megjelenítését a hangszóró által létrehozott csőben. És kétségtelenül azt mutatja, hogy a hang nyomáshullám, mivel a nyílásokon átmenő gyúlékony gáz áramlása arányos a helyi nyomással.
1. ábra: Rubens-cső. Forrás: wikimedia commons
Az 1. ábra világít Rubens-csövet mutat, amelyben látható, hogy a lángok magassága egy hullámmintázatot követi, amely pontosan a hangé.
A Rubens-csövet alkotója - Heinrich Leopold Rubens (1865 - 1922) - alapján nevezték el, aki kiemelkedő német fizikus és mérnök volt. Fő kutatási területe az infravörös elektromágneses sugárzás tanulmányozása volt, és kutatása döntő jelentőségű volt a fekete test sugárzás elméleteinek kidolgozásában, amelyek később kvantumfizikához vezettek.
1904-ben Heinrich Rubens felépítette a híres csövet, eredetileg négy méter hosszú, 200 lyukas sorral, tetején 2 centiméter távolságra.
anyagok
- Először egy vonalat nyomkövetünk a cső mentén ceruzával vagy jelölővel. A cső végétől 1 cm távolságra és 10 cm távolságra keresztirányú jeleket kell készíteni, amelyek a lyukak fúrását szolgálják.
-Asztalos fúróval a lyukakat 1,5 mm átmérőjű fúróval készítjük a korábban rajzolt jelölésekbe.
- A cső egyik végén a szál-tömlő adapterét elhelyezzük, a másikkal a cső kivezetését lefedjük, a kesztyű latexének egy darabját használva membránként. Ezt szorosan rögzítjük maszkolószalaggal és rögzítjük egy szorítóval, amelyet a szalag fölé helyezünk úgy, hogy a membrán ne vágódjon le.
- Ezután a gázpalackot csatlakoztatják, és egy hangszórót helyeznek a membrán végére, amelyet viszont csatlakoztattak egy audioerõsítõhöz. A jelet a mobiltelefon segítségével lehet generálni, mivel vannak olyan alkalmazások, amelyek adott frekvencián hangjeleket generálnak.
-Végül, az audio kimenet a megfelelő kábelekkel csatlakozik az erősítőhöz. A reakcióvázlat a 2. ábrán látható. Miután a láng kigyulladt, láthatja a Rubens-cső lángjain megjelenő hangokat.
Óvintézkedések
- Vegye figyelembe a vonatkozó óvintézkedéseket, mivel gázzal és tűzzel dolgozik, ezért a kísérletet jól szellőző helyiségekben kell elvégezni, és távolítson el minden gyúlékony tárgyat és anyagot a környezetből.
- Kerülje el a tervezeteket.
- Ügyeljen arra, hogy ne hagyja túl sokáig a készüléket, hogy elkerülje a hangszóró károsodását.
-A hullámmintát leginkább a fények intenzitásának csökkentésével lehet megfigyelni.
2. ábra: Rubens-cső sémája. Forrás: saját készítésű.
Működés
Amikor a perforációból kilépő gázt meggyújtják, és a hangforrást a membrán közelében helyezik el, látható, hogy a különféle magasságú lángok rajzolják a csőben lévő állóhullám alakját.
A membrán lehetővé teszi a membrán mellett elhelyezett hangszóró vagy kürt által kibocsátott hangnyomás impulzusok továbbítását a cső belsejébe, amelyek visszaverődnek, amikor a másik végükre jutnak.
Az átvitt és a visszavert hullám szuperpozíciója nyomáskülönbségeket hoz létre, és olyan állandó hullámot eredményez, amelynek mintáját a lángok magassága reproducálja, például a magasabb területeket (csúcsokat) és azokat a területeket, ahol a láng alig különböztethető meg (völgyek vagy csomópontok).
Megfelelő frekvencia
A hangszórót csatlakoztathatjuk egy változó frekvenciájú hullámgenerátorhoz, amelyet a megfelelő frekvenciára kell beállítani a cső belsejében kialakuló különféle állóhullám üzemmódok megjelenítéséhez.
A megfelelő frekvencia a cső hosszától függ, és a következő kapcsolatnak kell megfelelnie:
Ahol L a hosszúság és n = 1, 2, 3, 4…
A hangszórót a zenelejátszó kimenetéhez is lehet csatlakoztatni, hogy a lángokon keresztül megjelenjen a zene hangja.
A Kundt-cső: a Rubens-cső előde
A Rubens-cső a Kundt-cső egy változata, amelyet egy másik August Kundt nevű német fizikus készített, aki 1866-ban üvegcsövet épített, vízszintesen helyezte el, és dugóval vagy spórporral megtöltötte a Lycopodium páfránytól.
Ezután az egyik végét egy dugattyúval bezárta, és a másikra rugalmas membránt helyezte, amelyhez hangforrást rögzített. Ennek során megfigyelte, hogy a spórapor összegyűrődött a cső belsejében álló állóhullám csomópontján, majd meg lehet mérni a hullámhosszt.
A dugattyú helyzetének megváltoztatásával a különböző rezgési módoknak megfelelő minták megjeleníthetők egy adott hangforrásnál.
A Kundt-cső nagyon hasznos a hangsebesség mérésére különböző gázokban és különböző hőmérsékleteken, és egyértelmű, hogy Heinrich Rubens-t ez a munka ihlette a híres cső létrehozására.
Irodalom
- Akusztikai web. Rubens-cső. Helyreállítva az acusticaweb.com webhelyről
- A fizika tao. Lángok egy akusztikus csőben. Helyreállítva: vicente1064.blogspot.com
- Maciel, T. A lángoló oszcilloszkóp: Rubens lángcső fizikája. Helyreállítva: fizikabuzz.physicscentral.com.
- Hang és hullámok bemutatója Rubens csővel. A lap eredeti címe: people.physics.tamu.edu.
- Wikipedia. Heinrich Rubens. Helyreállítva: wikipedia.com
- Wikipedia. Rubens-cső. Helyreállítva: wikipedia.com.