ТРУБКА РУБЕНСА: ИСТОРИЯ, МАТЕРИАЛЫ, РАБОТА - НАУКА - 2026

Трубка Рубенс является устройством , которое состоит из трубки с динамиком на одном конце и рядом перфораций , через который горючий газ выходит, который зажигает производить небольшое пламя.

Такая конструкция позволяет визуализировать звуковые волны внутри трубки, производимые динамиком. И это без сомнения показывает, что звук - это волна давления, поскольку поток горючего газа, выходящий через отверстия, пропорционален его местному давлению.

Рисунок 1. Трубка Рубенса. Источник: wikimedia commons

На рис. 1 показана зажженная трубка Рубенса, в которой видно, что высота пламени соответствует волновой структуре, которая в точности соответствует звуковой.

Трубка Рубенса названа в честь ее создателя - Генриха Леопольда Рубенса (1865-1922), выдающегося немецкого физика и инженера. Его основной областью исследований было изучение электромагнитного излучения в инфракрасном диапазоне, и его исследования сыграли решающую роль в развитии теорий излучения черного тела, которые позже привели к квантовой физике.

В 1904 году Генрих Рубенс построил свою знаменитую трубу длиной четыре метра с рядом из 200 отверстий, расположенных на расстоянии 2 сантиметра друг от друга вверху.

материалы

-Сначала по трубке прорисовывается линия карандашом или маркером. Также необходимо сделать поперечные метки на расстоянии 1 см и 10 сантиметров от концов трубки, которые служат для сверления отверстий.

-С помощью настольного сверла просверлите отверстия сверлом диаметром 1,5 мм в ранее нанесенных отметках.

-На одном конце трубки помещается переходник с резьбой на шланг, а выходное отверстие трубки закрывается на другом конце, используя кусок латекса перчатки в качестве мембраны. Он плотно фиксируется малярной лентой и фиксируется зажимом, который надевается поверх ленты, чтобы мембрана не порезалась.

-Затем подсоединяется газовый баллон и на конце мембраны помещается динамик, который, в свою очередь, подключен к аудиоусилителю. Сигнал можно генерировать с помощью мобильного телефона, поскольку существуют приложения для генерации аудиосигналов на заданной частоте.

-Наконец, аудиовыход подключается к усилителю с помощью соответствующих кабелей. Схема представлена ​​на рисунке 2. Как только пламя загорится, вы можете визуализировать звуки пламени трубки Рубенса.

Меры предосторожности

-Примите соответствующие меры предосторожности, поскольку вы собираетесь работать с газом и огнем, поэтому эксперимент необходимо проводить в хорошо вентилируемых помещениях и удалять все легковоспламеняющиеся предметы и вещества из окружающей среды.

-Избегайте сквозняков.

-Будьте осторожны, не оставляйте устройство включенным слишком долго, чтобы не повредить динамик.

- Волновую картину лучше всего наблюдать при уменьшении интенсивности света.

Рисунок 2. Схема трубки Рубенса. Источник: самодельный.

Функционирование

Когда газ, выходящий из перфорационных отверстий, воспламеняется и источник звука применяется близко к мембране, можно увидеть, как пламя различной высоты рисует форму стоячей волны внутри трубки.

Мембрана - это то, что позволяет импульсам звукового давления, создаваемым громкоговорителем или рупором, размещенным рядом с мембраной, передаваться внутрь трубки, которые отражаются, когда достигают другого конца.

Наложение прошедшей волны и отраженной волны создает разность давлений, создавая стоячую волну, рисунок которой воспроизводится высотой пламени, например, более высокие области (пики) и области, где пламя едва различимо (впадины или узлы).

Соответствующие частоты

Громкоговоритель может быть подключен к генератору волн переменной частоты, который должен быть настроен на соответствующие частоты для визуализации различных режимов стоячей волны, которые образуются внутри трубки.

Подходящие частоты зависят от длины трубки и должны соответствовать следующему соотношению:

Где L - длина, а n = 1, 2, 3, 4 …

Динамик также можно подключить к выходу музыкального проигрывателя, чтобы визуализировать звук музыки через пламя.

Трубка Кундта: предшественница трубки Рубенса

Трубка Рубенса - это вариант трубки Кундта, созданный другим немецким физиком по имени Август Кундт, который в 1866 году построил стеклянную трубку, поместил ее горизонтально и наполнил кусочками пробки или споровой пылью папоротника Lycopodium.

Затем он закрыл один конец поршнем, а на другой надел гибкую мембрану, к которой прикрепил источник звука. При этом он наблюдал, как споровая пыль собирается вместе в узлах стоячей волны, которая образуется внутри трубки, и затем можно измерить длину волны.

Изменяя положение плунжера, можно отобразить шаблоны, соответствующие различным режимам вибрации, для данного источника звука.

Трубка Кундта очень полезна для измерения скорости звука в разных газах и при разных температурах, и ясно, что Генрих Рубенс был вдохновлен этой работой на создание своей знаменитой трубки.

Ссылки

1. Acoustics Web. Трубка Рубенса. Получено с acusticaweb.com
2. Дао физики. Пламя в акустической трубке. Получено с: vicente1064.blogspot.com
3. Масиэль, Т. Пылающий осциллограф: физика пламенной трубки Рубенса. Получено с: Physicsbuzz.physicscentral.com.
4. Демонстрация звука и волн на трубе Рубенса. Получено с: people.physics.tamu.edu.
5. Wikipedia. Генрих Рубенс. Получено с: wikipedia.com
6. Wikipedia. Трубка Рубенса. Получено с: wikipedia.com.