RUBENSKA CEV: ZGODOVINA, MATERIALI, DELOVANJE - ZNANOST - 2025

Rubens cev je naprava, ki sestoji iz cevi z zvočnikom na enem koncu in eno vrstico perforacij skozi katero vnetljiv plin pride ven, kar vname za izdelavo majhnih plamenov.

Ta zasnova omogoča vizualizacijo zvočnih valov znotraj cevi, ki jih proizvaja zvočnik. In brez dvoma pokaže, da je zvok tlačni val, saj je pretok vnetljivega plina, ki pride skozi odprtine, sorazmeren lokalnemu tlaku istega.

Slika 1. Rubenska cev. Vir: wikimedia commons

Na sliki 1 je prikazana prižgana Rubensova cev, v kateri je razvidno, da višina plamenov sledi valovnemu vzorcu, ki je natančno tisti zvok.

Rubenska cev je dobila ime po svojem ustvarjalcu - Heinrichu Leopoldu Rubensu (1865 - 1922) - ki je bil ugleden nemški fizik in inženir. Njegovo glavno področje raziskav je bilo preučevanje elektromagnetnega sevanja v infrardeči povezavi, njegovo raziskovanje pa je bilo odločilno pri razvoju teorij sevanja črnega telesa, ki je kasneje privedlo do kvantne fizike.

Leta 1904 je Heinrich Rubens zgradil svojo znamenito cev, prvotno dolgo štiri metre, z nizom 200 lukenj, ki so na vrhu razporejeni 2 centimetra.

materiali

-Prvo, vzdolž cevi s svinčnikom ali markerjem je črta. Prav tako je treba narediti prečne oznake 1 cm narazen in 10 centimetrov narazen od koncev cevi, ki služijo za vrtanje lukenj.

-S klopom izvrtajte luknje s svedrom premera 1,5 mm v predhodno narisanih oznakah.

-Na enem koncu cevi je nameščen adapter od navoja do cevi, na drugem pa je pokrov odprtine, tako da se kot membrana uporabi kos lateksa rokavice. To je tesno pritrjeno z maskirnim trakom in pritrjeno z objemko, ki je nameščena čez trak, tako da se membrana ne razreže.

-Potem je priključena plinska jeklenka in na koncu membrane je nameščen zvočnik, ki je bil priključen na ojačevalnik zvoka. Signal lahko generirate z mobilnim telefonom, saj obstajajo aplikacije za ustvarjanje zvočnih signalov na določeni frekvenci.

-Na koncu je zvočni izhod priključen na ojačevalnik z ustreznimi kabli. Shema je na sliki 2. Ko se plamen prižge, lahko v plamenih cevi Rubens vizualizirate zvoke.

Previdnostni ukrepi

- Upoštevajte ustrezne varnostne ukrepe, ker boste delali s plinom in ognjem, zato je treba poskus izvesti v dobro prezračenih prostorih in odstraniti vse vnetljive predmete in snovi iz okolice.

- Izognili prepih.

- Pazite, da naprave ne pustite predolgo vklopljeno, da ne poškodujete zvočnika.

-Večji vzorec najbolje opazimo z zmanjšanjem intenzivnosti luči.

Slika 2. Shema cevi Rubens. Vir: self made.

Delovanje

Ko se plin, ki izstopa iz perforacij, vžge in se vir zvoka nanese blizu membrane, je mogoče videti, kako plameni različnih višin vlečejo obliko stoječega vala znotraj cevi.

Membrana je tisto, kar omogoča, da se zvočni tlaki, ki jih proizvaja zvočnik ali rog, nameščeni poleg membrane, prenašajo znotraj cevi, ki se odražajo, ko dosežejo drug konec.

Superpozicija prenesenega vala in odbitega vala ustvarja razlike v tlaku, kar ustvarja stoječi val, katerega vzorec se reproducira po višini plamenov, kot so višja območja (vrhovi) in območja, kjer je plamen komaj razločljiv (doline oz. vozlišča).

Ustrezne frekvence

Zvočnik je mogoče povezati z generatorjem valov spremenljive frekvence, ki mora biti nastavljen na ustrezne frekvence, da se prikažejo različni načini stoječega vala, ki se oblikujejo znotraj cevi.

Ustrezne frekvence so odvisne od dolžine cevi in ​​razmerje, ki ga morajo izpolnjevati, je naslednje:

Kjer je L dolžina in n = 1, 2, 3, 4 …

Zvočnik je mogoče povezati tudi z izhodom predvajalnika glasbe, da vizualizira zvok glasbe skozi plamen.

Kundtova cev: predhodnica Rubensove cevi

Rubensova cev je različica Kundtove cevi, ki jo je ustvaril drug nemški fizik August Kundt, ki je leta 1866 zgradil stekleno cev, jo postavil vodoravno in jo napolnil s koščki plute ali spore prahu iz praprot Lycopodium.

Nato je en konec zaprl z batom in na drugega nataknil prožno membrano, na katero je pritrdil vir zvoka. Pri tem je opazoval, kako se je spore prahu zbralo na vozliščih stoječega vala, ki se tvori znotraj cevi, in valovno dolžino lahko nato izmerimo.

S spreminjanjem položaja bata se lahko za določen vir zvoka prikažejo vzorci, ki ustrezajo različnim načinom vibracij.

Kundtova cev je zelo uporabna za merjenje hitrosti zvoka v različnih plinih in pri različnih temperaturah in jasno je, da je Heinrich Rubens navdihnil s tem delom, da je ustvaril svojo znamenito cev.

Reference

1. Akustični splet. Rubenska cev. Pridobljeno iz acusticaweb.com
2. Tao fizike. Plameni v akustični cevi. Pridobljeno: vicente1064.blogspot.com
3. Maciel, T. Plameni osciloskop: Fizika Rubensove plamenske cevi. Pridobljeno od: physicsbuzz.physicscentral.com.
4. Demonstracija zvoka in valov z Rubensovo cevjo. Pridobljeno iz: people.physics.tamu.edu.
5. Wikipedija. Heinrich Rubens. Pridobljeno: wikipedia.com
6. Wikipedija. Rubenska cev. Pridobljeno: wikipedia.com.