O Tubo de rubens É um dispositivo composto por um tubo com um alto-falante colocado em uma das extremidades e uma fileira de perfurações por onde sai o gás inflamável, que se inflama e produz pequenas chamas.
Este design permite visualizar as ondas sonoras dentro do tubo produzidas pelo alto-falante. E mostra sem dúvida que o som é uma onda de pressão, já que o fluxo de gás inflamável que sai pelos orifícios é proporcional à pressão local do mesmo..
A Figura 1 mostra um tubo de Rubens aceso, no qual pode ser visto que a altura das chamas segue um padrão de onda, que é justamente o do som.
O tubo de Rubens recebeu o nome de seu criador - Heinrich Leopold Rubens (1865 - 1922) - que foi um proeminente físico e engenheiro alemão. Seu principal campo de pesquisa foi o estudo da radiação eletromagnética no infravermelho e sua pesquisa foi decisiva no desenvolvimento das teorias da radiação do corpo negro que mais tarde levaram à física quântica..
Em 1904, Heinrich Rubens construiu seu famoso tubo, originalmente com quatro metros de comprimento e uma fileira de 200 perfurações espaçadas de 2 centímetros no topo..
Índice do artigo
É possível construir um tubo de Rubens com materiais relativamente comuns, conforme detalhado a seguir. Se precisa:
- Tubo de metal anodizado de ½ polegada por um metro de comprimento com rosca em uma extremidade, a outra extremidade deve ser bem lixada, para eliminar todas as arestas de corte.
- Adaptador de mangueira de latão ½ rosca para ¼ polegada.
- Cilindro de gás propano com regulador de pressão e adaptador de mangueira de ¼ de polegada.
- Abraçadeiras.
- Luvas de látex e braçadeira de tubo de ½ polegada.
- Suporte de madeira para colocar horizontalmente o tubo em uma mesa.
-Uma linha é desenhada primeiro ao longo do tubo com um lápis ou marcador. Também é necessário fazer marcas transversais a 1 cm de distância e 10 centímetros de distância das extremidades do tubo, que são usadas para fazer os furos..
-Com broca de bancada são feitos os furos, com broca de 1,5 mm de diâmetro, nas marcas previamente desenhadas.
-Em uma extremidade do tubo, o adaptador de fio para mangueira é colocado e na outra extremidade a saída do tubo é coberta, usando um pedaço de látex da luva como membrana. Esta é fixada firmemente com fita adesiva e fixada com uma braçadeira que é colocada sobre a fita para que a membrana não seja cortada..
-Em seguida, o cilindro de gás é conectado e um alto-falante é colocado no final da membrana, que por sua vez foi conectado a um amplificador de áudio. O sinal pode ser gerado com o celular, já que existem aplicativos para gerar sinais de áudio em uma determinada frequência.
-Finalmente, a saída de áudio é conectada ao amplificador usando os cabos apropriados. O esquema está na figura 2. Uma vez acesa a chama, você já pode visualizar os sons nas chamas do tubo de Rubens.
-Tome os devidos cuidados já que se vai trabalhar com gás e fogo, portanto o experimento deve ser realizado em espaços bem ventilados e retirar todos os objetos e substâncias inflamáveis do entorno..
-Rascunhos devem ser evitados.
-Tenha cuidado para não deixar o dispositivo ligado por muito tempo, para evitar danificar o alto-falante.
-O padrão de onda é melhor visto diminuindo a intensidade das luzes.
Quando o gás que sai das perfurações é aceso e a fonte sonora é aplicada perto da membrana, pode-se ver como as chamas de alturas variadas desenham a forma da onda estacionária dentro do tubo.
A membrana é o que permite que os pulsos de pressão sonora produzidos pelo alto-falante ou buzina colocada próximo à membrana sejam transmitidos dentro do tubo, que são refletidos ao atingirem a outra extremidade.
A sobreposição da onda transmitida e da onda refletida cria diferenças de pressão, produzindo uma onda estacionária cujo padrão é reproduzido pela altura das chamas, como áreas mais altas (cristas) e áreas onde a chama mal é distinguível (vales ou nós).
O alto-falante pode ser conectado a um gerador de onda de frequência variável que deve ser definido para as 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 a relação que devem cumprir é a seguinte:
f = (v som / 2L) n
Sendo eu o comprimento e n = 1, 2, 3, 4 ...
Você também pode conectar o alto-falante à saída de um reprodutor de música para visualizar o som da música através das chamas.
O tubo de Rubens é uma variante do tubo de 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 pó de esporos da samambaia Lycopodium..
Em seguida, fechou uma extremidade com um êmbolo e colocou uma membrana flexível na outra, à qual prendeu uma fonte de som. Ao fazer isso, ele observou como a poeira dos esporos se agrupava nos nós da onda estacionária que se forma dentro do tubo, e o comprimento de onda pode então ser medido..
Ao alterar a posição do êmbolo, os padrões correspondentes aos diferentes modos de vibração, para uma determinada fonte de som, podem ser exibidos..
O tubo de Kundt é muito útil para medir a velocidade do som em diferentes gases e em diferentes temperaturas e é claro que Heinrich Rubens se inspirou neste trabalho para criar seu famoso tubo.
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