- materiali
- Precauzioni
- Funzionamento
- Frequenze appropriate
- Il tubo Kundt: predecessore del tubo di Rubens
- Riferimenti
Il tubo di Rubens è un dispositivo che consiste in un tubo con un altoparlante ad un'estremità e una fila di fori attraverso i quali fuoriesce gas infiammabile, che si accende producendo piccole fiamme.
Questo design consente di visualizzare le onde sonore all'interno del tubo prodotte dal diffusore. E mostra senza dubbio che il suono è un'onda di pressione, poiché il flusso di gas infiammabile che fuoriesce dai fori è proporzionale alla pressione locale degli stessi.
Figura 1. Tubo di Rubens. Fonte: wikimedia commons
La figura 1 mostra un tubo di Rubens acceso, in cui si può vedere che l'altezza delle fiamme segue un andamento ondulato, che è appunto quello del suono.
Il tubo di Rubens prende il nome dal suo creatore - Heinrich Leopold Rubens (1865-1922) - che era un eminente fisico e ingegnere tedesco. Il suo principale campo di ricerca è stato lo studio della radiazione elettromagnetica nell'infrarosso e le sue indagini sono state decisive nello sviluppo delle teorie sulla radiazione del corpo nero che successivamente hanno portato alla fisica quantistica.
Nel 1904 Heinrich Rubens costruì il suo famoso tubo, originariamente lungo quattro metri con una fila di 200 perforazioni distanziate di 2 centimetri nella parte superiore.
materiali
-In primo luogo, viene tracciata una linea lungo il tubo con una matita o un pennarello. È inoltre necessario fare dei segni trasversali a 1 cm di distanza e 10 cm di distanza dalle estremità del tubo, che servono per praticare i fori.
-Con trapano da banco si praticano i fori, con trapano di diametro 1,5 mm, nei segni precedentemente tracciati.
-Ad un'estremità del tubo, viene posizionato l'adattatore filo-tubo e l'uscita del tubo viene coperta dall'altra, utilizzando un pezzo di lattice del guanto come membrana. Questo viene fissato saldamente con nastro adesivo e fissato con un morsetto posizionato sul nastro in modo che la membrana non venga tagliata.
-Quindi si collega la bombola del gas e si posiziona un altoparlante all'estremità della membrana, che a sua volta è stata collegata ad un amplificatore audio. Il segnale può essere generato con il cellulare, poiché esistono app per generare segnali audio a una determinata frequenza.
-Infine, l'uscita audio è collegata all'amplificatore tramite gli appositi cavi. Lo schema è in figura 2. Una volta accesa la fiamma, è possibile visualizzare i suoni nelle fiamme del tubo di Rubens.
Precauzioni
-Prendi le opportune precauzioni poiché lavorerai con gas e fuoco, quindi l'esperimento dovrebbe essere condotto in spazi ben ventilati e rimuovere tutti gli oggetti e le sostanze infiammabili dall'ambiente circostante.
-Evita correnti d'aria.
-Fate attenzione a non lasciare il dispositivo acceso troppo a lungo, per evitare di danneggiare l'altoparlante.
-Il modello d'onda si osserva meglio diminuendo l'intensità delle luci.
Figura 2. Schema dei tubi di Rubens. Fonte: autocostruito.
Funzionamento
Quando il gas in uscita dalle perforazioni viene acceso e la sorgente sonora viene applicata in prossimità della membrana, si può vedere come le fiamme di altezza variabile disegnino la forma dell'onda stazionaria all'interno del tubo.
La membrana è ciò che permette di trasmettere all'interno del tubo gli impulsi di pressione sonora prodotti dall'altoparlante o dalla tromba posta accanto alla membrana, che vengono riflessi quando raggiungono l'altra estremità.
La sovrapposizione dell'onda trasmessa e dell'onda riflessa crea differenze di pressione, producendo un'onda stazionaria il cui andamento è riprodotto dall'altezza delle fiamme, come le aree più alte (picchi) e le zone dove la fiamma è appena distinguibile (valli o nodi).
Frequenze appropriate
L'altoparlante può essere collegato a un generatore di onde a frequenza variabile che deve essere impostato sulle frequenze appropriate per visualizzare le diverse modalità di onde stazionarie che si formano all'interno del tubo.
Le frequenze appropriate dipendono dalla lunghezza del tubo e il rapporto che devono soddisfare è il seguente:
Dove L è la lunghezza e n = 1, 2, 3, 4 …
L'altoparlante può anche essere collegato all'uscita di un lettore musicale per visualizzare il suono della musica attraverso le fiamme.
Il tubo Kundt: predecessore del tubo di Rubens
Il tubo di Rubens è una variante del tubo Kundt, creato da un altro fisico tedesco di nome August Kundt, che nel 1866 costruì un tubo di vetro, lo posizionò orizzontalmente e lo riempì con pezzi di sughero o polvere di spore della felce Lycopodium.
Quindi ha chiuso un'estremità con uno stantuffo e ha messo una membrana flessibile sull'altra, alla quale ha attaccato una sorgente sonora. In tal modo, ha osservato come la polvere di spore si è aggregata ai nodi dell'onda stazionaria che si forma all'interno del tubo e la lunghezza d'onda può quindi essere misurata.
Modificando la posizione dello stantuffo, è possibile visualizzare i modelli corrispondenti alle diverse modalità di vibrazione per una data sorgente sonora.
Il tubo di Kundt è molto utile per misurare la velocità del suono in diversi gas ea diverse temperature, ed è chiaro che Heinrich Rubens si è ispirato a questo lavoro per creare il suo famoso tubo.
Riferimenti
- Acustica Web. Tubo di Rubens. Recupero da acusticaweb.com
- Il tao della fisica. Fiamme in un tubo acustico. Recupero da: vicente1064.blogspot.com
- Maciel, T. The Flaming Oscilloscope: The Physics of Rubens 'Flame Tube. Estratto da: physicsbuzz.physicscentral.com.
- Dimostrazione di suoni e onde con un tubo di Rubens. Estratto da: people.physics.tamu.edu.
- Wikipedia. Heinrich Rubens. Estratto da: wikipedia.com
- Wikipedia. Tubo di Rubens. Estratto da: wikipedia.com.