RÚRKA: HISTÓRIA, MATERIÁLY, PREVÁDZKA - VEDA - 2026

Rubens trubice je zariadenie, ktoré sa skladá z rúrky s reproduktorom na jednom konci a radom perforáciou, ktorými horľavý plyn vyjde, ktoré vznieti vyrobiť malé plamene.

Táto konštrukcia umožňuje vizualizáciu zvukových vĺn vo vnútri trubice produkovanej reproduktorom. A to bezpochyby ukazuje, že zvuk je tlaková vlna, pretože tok horľavého plynu, ktorý vystupuje cez otvory, je úmerný miestnemu tlaku v ňom.

Obrázok 1. Rubensova trubica. Zdroj: wikimedia commons

Obrázok 1 zobrazuje osvetlenú Rubensovu trubicu, v ktorej je vidieť, že výška plameňov sleduje vlnovú štruktúru, ktorá je presne výškou zvuku.

Rúrka Rubens je pomenovaná po jej tvorcovi - Heinrichovi Leopoldovi Rubensovi (1865 - 1922), ktorý bol popredným nemeckým fyzikom a inžinierom. Jeho hlavnou oblasťou výskumu bolo štúdium elektromagnetického žiarenia v infračervenom spektre a jeho výskum bol rozhodujúci pri vývoji teórií žiarenia čierneho tela, ktoré neskôr viedli k kvantovej fyzike.

V roku 1904 Heinrich Rubens postavil svoju slávnu trubicu, pôvodne štyri metre dlhú, s radom 200 perforácií rozmiestnených na vrchu vo vzdialenosti 2 centimetrov.

materiály

- Najprv je čiara sledovaná pozdĺž trubice ceruzkou alebo značkovačom. Je tiež potrebné vytvoriť priečne značky vzdialené 1 cm a 10 centimetrov od koncov rúrky, ktoré slúžia na vŕtanie dier.

- Pri vŕtačke na lavičke sa otvory vyrobia pomocou vŕtačky s priemerom 1,5 mm do predtým nakreslených značiek.

- Na jednom konci trubice sa umiestni adaptér na nite a hadica a výstup z trubice sa zakryje na druhom pomocou kúsku latexu rukavice ako membrány. Toto je pevne pripevnené maskovacou páskou a zaistené svorkou, ktorá je umiestnená na páske tak, aby sa membrána nezrezala.

- Po pripojení plynovej fľaše a umiestnení reproduktora na koniec membrány, ktorá bola zasa pripojená k audio zosilňovaču. Signál je možné generovať pomocou mobilného telefónu, pretože existujú aplikácie na generovanie zvukových signálov pri danej frekvencii.

- Nakoniec je zvukový výstup pripojený k zosilňovaču pomocou vhodných káblov. Schéma je na obrázku 2. Po zapálení plameňa si môžete vizualizovať zvuky v plameňoch Rubensovej trubice.

Prevencia

- Vykonajte príslušné bezpečnostné opatrenia, pretože budete pracovať s plynom a ohňom, a preto sa musí experiment vykonať v dobre vetraných priestoroch a odstrániť všetky horľavé predmety a látky z okolia.

- Vyvarujte sa prievanu.

- Dávajte pozor, aby ste nenechali zariadenie zapnuté príliš dlho, aby ste predišli poškodeniu reproduktora.

-Vlnový obrazec sa najlepšie pozoruje znížením intenzity svetiel.

Obrázok 2. Schéma Rubensovej trubice. Zdroj: vlastný.

fungovanie

Keď je plyn opúšťajúci perforácie zapálený a zdroj zvuku je aplikovaný blízko membrány, je možné vidieť, ako plamene s rôznou výškou priťahujú tvar stojatej vlny vo vnútri trubice.

Membrána je to, čo umožňuje prenos zvukových tlakových impulzov produkovaných reproduktorom alebo klaksónom umiestneným vedľa membrány do vnútra trubice, ktoré sa odrážajú, keď dosiahnu druhý koniec.

Superpozícia prenášanej vlny a odrazenej vlny vytvára tlakové rozdiely a vytvára stojatú vlnu, ktorej obrazec je reprodukovaný výškou plameňov, ako sú vyššie oblasti (vrcholy) a oblasti, v ktorých je plameň sotva rozlíšiteľný (údolia alebo doliny alebo uzly).

Vhodné frekvencie

Reproduktor môže byť pripojený k generátoru s premenlivou frekvenciou vlny, ktorý musí byť nastavený na príslušné frekvencie, aby sa vizualizovali rôzne režimy stojatej vlny, ktoré sa tvoria vo vnútri trubice.

Vhodné frekvencie závisia od dĺžky trubice a vzťahu, ktorý musia spĺňať, je nasledujúci:

Kde L je dĺžka an = 1, 2, 3, 4 …

Reproduktor môže byť tiež pripojený k výstupu hudobného prehrávača na vizualizáciu zvuku hudby prostredníctvom plameňov.

Kundtova trubica: predchodca Rubensovej trubice

Rubensova trubica je variantom kundtovej trubice, ktorú vytvoril ďalší nemecký fyzik menom August Kundt, ktorý v roku 1866 postavil sklenenú trubicu, umiestnil ju vodorovne a naplnil ju kúskami korku alebo spór z kapradiny Lycopodium.

Potom jeden koniec uzavrel piestom a na druhý nasadil pružnú membránu, ku ktorej pripojil zdroj zvuku. Pritom pozoroval, ako sa prach spór zhlukoval v uzloch stojatej vlny, ktorá sa tvorí vo vnútri trubice, a potom sa dá zmerať vlnová dĺžka.

Zmenou polohy piesta sa môžu pre daný zdroj zvuku zobraziť vzory zodpovedajúce rôznym režimom vibrácií.

Kundtova trubica je veľmi užitočná na meranie rýchlosti zvuku v rôznych plynoch a pri rôznych teplotách a je zrejmé, že Heinrich Rubens bol touto prácou inšpirovaný k vytvoreniu svojej slávnej trubice.

Referencie

1. Akustika Web. Rubensova trubica. Obnovené z lokality acusticaweb.com
2. Tao fyziky. Plamene v akustickej trubici. Obnovené z: vicente1064.blogspot.com
3. Maciel, T. Flaming Osciloskop: Fyzika Rubensovej plameňovej trubice. Obnovené z: physicsbuzz.physicscentral.com.
4. Demonštrácia zvuku a vĺn pomocou Rubensovej trubice. Citované z: people.physics.tamu.edu.
5. Wikipedia. Heinrich Rubens. Obnovené z: wikipedia.com
6. Wikipedia. Rubensova trubica. Obnovené z: wikipedia.com.