ТРУБКА РУБЕНСА: ІСТОРІЯ, МАТЕРІАЛИ, ОПЕРАЦІЯ - НАУКА - 2025

Трубка Рубенс є пристроєм , яке складається з трубки з динаміком на одному кінці і поруч перфораций , через який горючий газ виходить, який запалює виробляти невелику полум'я.

Така конструкція дозволяє візуалізувати звукові хвилі всередині трубки, що виробляється динаміком. І це без сумніву показує, що звук - це хвиля тиску, оскільки потік горючих газів, що виходить через отвори, пропорційний локальному тиску того ж.

Рисунок 1. Трубка Рубенса. Джерело: wikimedia commons

На малюнку 1 показана освітлена трубка Рубенса, в якій видно, що висота полум'я слідує за хвильовим малюнком, який точно відповідає звуку.

Трубка Рубенса названа на честь її творця - Генріха Леопольда Рубенса (1865 - 1922) - який був видатним німецьким фізиком та інженером. Основним напрямком його дослідження було вивчення електромагнітного випромінювання в інфрачервоному просторі, і його дослідження мали вирішальне значення в розвитку теорій випромінювання чорного тіла, що пізніше призвело до квантової фізики.

У 1904 році Генріх Рубенс побудував свою знамениту трубку, спочатку довжиною чотири метри з рядом 200 перфорацій, розташованих на верху 2 сантиметри.

матеріали

-По-перше, лінія промальовується вздовж трубки олівцем або маркером. Необхідно також зробити поперечні позначки на відстані 1 см один від одного і на 10 сантиметрів від кінців трубки, які служать для висвердлювання отворів.

-З дрильним свердлом робляться отвори за допомогою свердла діаметром 1,5 мм у попередньо намальованих марках.

-На одному кінці трубки розміщують перехідник з шланга на різьбу та шланг, а на іншому закривається вихідний отвір, використовуючи шматочок латексу рукавички як мембрану. Це щільно фіксується малярною стрічкою і закріплюється затискачем, який розміщується поверх стрічки, щоб мембрана не розрізалася.

-Потім підключається газовий балон і в кінці мембрани розміщується динамік, який в свою чергу був підключений до аудіопідсилювача. Сигнал можна генерувати за допомогою мобільного, оскільки є програми для генерації аудіосигналів із заданою частотою.

-Зрештою, аудіовихід підключається до підсилювача за допомогою відповідних кабелів. Схема показана на малюнку 2. Після того, як полум’я запалиться, ви зможете візуалізувати звуки у полум'ї трубки Рубенса.

Запобіжні заходи

-Доберіть відповідні запобіжні заходи, оскільки ви збираєтесь працювати з газом та вогнем, тому експеримент потрібно проводити у добре провітрюваних приміщеннях та видаляти з нього оточуючі легкозаймисті предмети та речовини.

-Уникнути протягів.

-Будьте обережні, щоб не залишати пристрій занадто довго, щоб не пошкодити динамік.

-Хвильова картина найкраще спостерігається за рахунок зменшення інтенсивності вогнів.

Малюнок 2. Схема трубки Рубенса. Джерело: саморобний.

Функціонування

Коли газ, що виходить з перфорації, запалюється і джерело звуку подається близько до мембрани, видно, як полум’я різної висоти малюють форму стоячої хвилі всередині трубки.

Мембрана - це те, що дозволяє імпульси звукового тиску, що виробляються гучномовцем або ріжком, розміщеним поруч з мембраною, передаватися до внутрішньої частини трубки, які відбиваються, коли вони досягають іншого кінця.

Суперпозиція переданої хвилі та відбитої хвилі створює перепади тиску, створюючи стоячу хвилю, малюнок якої відтворюється за висотою полум'я, наприклад, вищі райони (вершини) та ділянки, де полум'я ледве помітно (долини або вузли).

Відповідні частоти

Динамік може бути підключений до генератора хвиль змінної частоти, який повинен бути встановлений на відповідних частотах для візуалізації різних режимів стоячої хвилі, що формуються всередині трубки.

Відповідні частоти залежать від довжини трубки і співвідношення, яке вони повинні відповідати, наступне:

Де L - довжина, а n = 1, 2, 3, 4 …

Динамік також можна підключити до виходу музичного плеєра для візуалізації звуку музики через полум’я.

Трубка Кундта: попередник трубки Рубенса

Трубка Рубенса - це варіант трубки Кундта, створеної іншим німецьким фізиком на ім’я Августом Кундтом, який у 1866 році побудував скляну трубку, поставив її горизонтально і наповнив її шматочками пробки або спорового пилу з папороті Lycopodium.

Потім він закрив один кінець плунжером і поклав на іншу гнучку мембрану, до якої приєднав джерело звуку. Роблячи це, він спостерігав, як споровий пил стискається між собою на вузлах стоячої хвилі, яка утворюється всередині трубки, і потім можна виміряти довжину хвилі.

Змінюючи положення плунжера, шаблони, що відповідають різним режимам вібрації, можуть відображатися для даного джерела звуку.

Трубка Кундта дуже корисна для вимірювання швидкості звуку в різних газах і при різних температурах, і зрозуміло, що Генріх Рубенс надихнувся цією роботою на створення своєї знаменитої трубки.

Список літератури

1. Мережа акустики. Трубка Рубенса. Відновлено з acusticaweb.com
2. Дао з фізики. Полум'я в акустичній трубці. Відновлено з: vicente1064.blogspot.com
3. Масьєль, Т. Пламтячий осцилограф: Фізика полум'я полум'я Рубенса. Відновлено з: physicsbuzz.physicscentral.com.
4. Демонстрація звуку та хвиль трубкою Рубенса. Отримано з: people.physics.tamu.edu.
5. Вікіпедія. Генріх Рубенс. Відновлено з: wikipedia.com
6. Вікіпедія. Трубка Рубенса. Відновлено з: wikipedia.com.