- materijali
- Mjere predostrožnosti
- Funkcioniranje
- Odgovarajuće frekvencije
- Kundtova cijev: prethodnica Rubensove cijevi
- Reference
Rubens cijev je naprava koja se sastoji od cijevi s govornik na jednom kraju i red otvora kroz koje zapaljivi plin izlazi, koji zapali za proizvodnju malih plamen.
Ovaj dizajn omogućuje vizualizaciju zvučnih valova unutar cijevi koje proizvodi zvučnik. I pokazuje bez sumnje da je zvuk tlačni val, jer je protok zapaljivog plina koji izlazi kroz rupe proporcionalan lokalnom tlaku istog.
Slika 1. Rubenska cijev. Izvor: wikimedia commons
Na slici 1 prikazana je upaljena Rubensova cijev iz koje se vidi da visina plamena slijedi valni uzorak, koji je točno onaj koji zvuči.
Rubensova cijev dobila je ime po svom tvorcu - Heinrichu Leopoldu Rubensu (1865. - 1922.) - koji je bio istaknuti njemački fizičar i inženjer. Njegovo je glavno područje istraživanja bilo proučavanje elektromagnetskog zračenja u infracrvenom, a njegovo je istraživanje bilo presudno u razvoju teorija o zračenju crnih tijela koje su kasnije dovele do kvantne fizike.
Heinrich Rubens 1904. godine sagradio je svoju čuvenu cijev, izvorno dugu četiri metra, s nizom od 200 perforacija razmaknutih 2 centimetra na vrhu.
materijali
-Prvo, duž cijevi se olovkom ili markerom prati traga. Također je potrebno napraviti poprečne tragove razmaknute 1 cm i udaljene 10 centimetara od krajeva cijevi, koji služe za bušenje rupa.
-Stančnim bušilicama rupe se izrađuju pomoću bušilice promjera 1,5 mm u prethodno izvučenim oznakama.
-Na jednom kraju cijevi postavlja se adapter od navoja do crijeva, a odvod cijevi je pokriven na drugom, koristeći komad lateksa rukavice kao membranu. To se učvrsti čvrsto ljepljivom trakom i pričvrsti stezaljkom koja se postavlja preko trake, tako da se membrana ne siječe.
-Tada je plinski cilindar spojen i na kraju membrane se postavlja zvučnik, koji je zauzvrat povezan s audio pojačalom. Signal se može generirati mobilnim uređajem, jer postoje aplikacije za generiranje audio signala na određenoj frekvenciji.
-Naposljetku, audio izlaz se priključuje na pojačalo pomoću odgovarajućih kabela. Shema je prikazana na slici 2. Jednom kad se plamen zapali, možete vizualizirati zvukove u plamenu Rubensove cijevi.
Mjere predostrožnosti
- Poduzmite odgovarajuće mjere opreza, jer radite na plinu i vatri, pa se eksperiment mora izvesti u dobro prozračenim prostorima i ukloniti sve zapaljive predmete i tvari iz okoline.
-Izbjeći skice.
- Pazite da uređaj ne ostavljate uključen predugo kako ne biste oštetili zvučnik.
-Vilovni uzorak najbolje se promatra smanjenjem intenziteta svjetla.
Slika 2. Shema Rubensove cijevi. Izvor: self made.
Funkcioniranje
Kad se plin koji izlazi iz perforacija zapali i izvor zvuka primijeni blizu membrane, može se vidjeti kako plamenovi različite visine crtaju oblik stojećeg vala unutar cijevi.
Membrana je ono što omogućava da se impulsi zvučnog tlaka proizvedeni od zvučnika ili roga smještenog pored membrane prenose u unutrašnjost cijevi, koji se odražavaju kada dođu do drugog kraja.
Superpozicija prenošenog vala i reflektiranog vala stvara razlike u tlaku, stvarajući stajaći val čiji se obrazac reproducira po visini plamena, poput viših područja (vrhova) i područja na kojima se plamen teško razlikuje (doline ili čvorovi).
Odgovarajuće frekvencije
Zvučnik se može povezati s generatorom valova promjenjive frekvencije koji mora biti postavljen na odgovarajuće frekvencije kako bi se vizualizirali različiti načini stajanja valova koji se formiraju unutar cijevi.
Odgovarajuće frekvencije ovise o duljini cijevi i odnos koji moraju ispuniti je sljedeći:
Gdje je L duljina i n = 1, 2, 3, 4…
Zvučnik se također može spojiti na izlaz glazbenog playera za vizualizaciju zvuka glazbe kroz plamen.
Kundtova cijev: prethodnica Rubensove cijevi
Rubensova cijev je varijanta Kundtove cijevi, koju je stvorio drugi njemački fizičar August Kundt, koji je 1866. godine sagradio staklenu cijev, stavio je vodoravno i napunio je komadima pluta ili spužvaste prašine iz livadeium paprati.
Zatim je jednim krajem zatvorio klipom, a na drugi stavio fleksibilnu membranu, na koju je pričvrstio izvor zvuka. Pri tome je promatrao kako se spora prašina skupljala na čvorovima stojećeg vala koji se formira unutar cijevi, te se valna dužina tada može mjeriti.
Promjenom položaja klipa, obrasci koji odgovaraju različitim načinima vibracije mogu se prikazati za određeni izvor zvuka.
Kundtova cijev vrlo je korisna za mjerenje brzine zvuka u različitim plinovima i na različitim temperaturama, a jasno je da je Heinrich Rubens bio inspiriran ovim radom za stvaranje svoje poznate cijevi.
Reference
- Akustička mreža. Rubens cijev. Oporavak od acusticaweb.com
- Tao fizike. Plamen u akustičnoj cijevi. Oporavak od: vicente1064.blogspot.com
- Maciel, T. Vatreni osciloskop: Fizika Rubensove plamenove cijevi. Oporavak od: physicsbuzz.physicscentral.com.
- Demonstracija zvuka i talasa Rubenskom cijevi. Preuzeto s: people.physics.tamu.edu.
- Wikipedia. Heinrich Rubens. Oporavilo sa: wikipedia.com
- Wikipedia. Rubens cijev. Oporavilo sa: wikipedia.com.