Rubens putki on laite, joka koostuu putkesta, jossa on kaiutin toisessa päässä ja rivi reikiä, joiden kautta helposti syttyvä kaasu tulee ulos, joka sytyttää tuottaa pieniä liekkejä.
Tämä muotoilu mahdollistaa kaiuttimen tuottaman putken ääniaallon visualisoinnin. Ja se osoittaa epäilemättä, että ääni on paineaalto, koska suuttimien läpi tulevan palavan kaasun virtaus on verrannollinen saman paineen kanssa.
Kuva 1. Rubens-putki. Lähde: wikimedia commons
Kuvio 1 esittää valaistua Rubens-putkea, jossa voidaan nähdä, että liekkien korkeus noudattaa aaltokuviota, joka on täsmälleen äänen korkeutta.
Rubens-putki on nimetty sen luojan - Heinrich Leopold Rubensin (1865 - 1922) - mukaan, joka oli merkittävä saksalainen fyysikko ja insinööri. Hänen tärkein tutkimusalueensa oli sähkömagneettisen säteilyn tutkimus infrapunassa ja hänen tutkimukset olivat ratkaisevia kehitettäessä mustan kehon säteilyteorioita, jotka myöhemmin johtivat kvanttifysiikkaan.
Vuonna 1904 Heinrich Rubens rakensi kuuluisan putken, alun perin neljä metriä pitkä, 200 reikärivillä, jotka sijaitsivat 2 senttimetrin päässä toisistaan yläreunassa.
tarvikkeet
- Ensin linja jäljitetään putkea pitkin lyijykynällä tai merkinnällä. On myös tarpeen tehdä poikittaiset merkinnät 1 cm: n etäisyydellä ja 10 cm: n etäisyydellä putken päistä, jotka poraavat reikiä.
-Pöydällä tehtävän poran avulla reikät tehdään halkaisijaltaan 1,5 mm: n poralla aiemmin piirrettyihin merkkeihin.
-Putken toisessa päässä asetetaan lanka-letkuna sovitin ja putken ulostulo peitetään toisella, käyttämällä hansikkaan lateksin palaa kalvona. Tämä kiinnitetään tiukasti peiteteipillä ja kiinnitetään puristimella, joka asetetaan nauhan päälle niin, että kalvo ei leikkaudu.
- Sitten kaasusylinteri on kytketty ja kaiutin sijoitetaan kalvon päähän, joka puolestaan on kytketty audiovahvistimeen. Signaali voidaan tuottaa matkapuhelimella, koska on sovelluksia tuottaa audiosignaaleja tietyllä taajuudella.
- Viimeisenä äänilähtö on kytketty vahvistimeen sopivilla kaapeleilla. Kaavio on kuvassa 2. Kun liekki syttyy, voit visualisoida Rubens-putken liekkien äänet.
Varotoimenpiteet
-Ota asianmukaisia varotoimenpiteitä, koska aiot työskennellä kaasun ja tulipalon kanssa, joten koe tulisi suorittaa hyvin ilmastoiduissa tiloissa ja poistaa kaikki palavat esineet ja aineet ympäristöstä.
- Vältä luonnoksia.
- Ole varovainen, ettet jätä laitetta päälle liian kauan, jotta kaiutin ei vaurioidu.
-Aaltomuoto havaitaan parhaiten vähentämällä valon voimakkuutta.
Kuva 2. Rubens-putkikaavio. Lähde: itse tehty.
Toiminta
Kun rei'ityksistä poistuva kaasu syttyy ja äänilähde levitetään lähellä kalvoa, voidaan nähdä, kuinka eripituiset liekit piirtävät putken sisällä olevan aallon muodon.
Kalvo on se, joka antaa kalvon viereen sijoitetun kaiuttimen tai äänitorven tuottamat äänipainepulssit siirtää putken sisäpuolelle ja heijastuvat, kun ne saavuttavat toisen pään.
Lähetetyn ja heijastuneen aallon superpositio luo paine-eroja, jolloin muodostuu seisova aalto, jonka kuvion toistaa liekin korkeus, kuten korkeammat alueet (piikit) ja alueet, joissa liekki on tuskin erotettavissa (laaksot tai solmut).
Sopivat taajuudet
Kaiutin voidaan kytkeä muuttuvan taajuuden aaltogeneraattoriin, joka on asetettava sopiville taajuuksille, jotta putken sisälle muodostuneet erilaiset seisovaaltomuodot näkyvät.
Sopivat taajuudet riippuvat putken pituudesta, ja niiden on täytettävä seuraava suhde:
Missä L on pituus ja n = 1, 2, 3, 4…
Kaiutin voidaan myös kytkeä soittimen ulostuloon musiikin äänen visualisoimiseksi liekkien kautta.
Kundt-putki: Rubens-putken edeltäjä
Rubens-putki on variantti Kundt-putkesta, jonka on luonut toinen saksalainen fyysikko nimeltä August Kundt. Hän rakensi vuonna 1866 lasiputken, asetti sen vaakasuoraan ja täytti sen korkkipaloilla tai itiöpölyllä Lycopodium-saniaisesta.
Sitten hän sulki toisen pään männällä ja laitti joustavan kalvon toiseen, johon hän kiinnitti äänilähteen. Näin tehdessään hän tarkkaili, kuinka itiöpöly rypistyi putken sisälle muodostuvan seisovan aallon solmuihin ja aallonpituus voidaan sitten mitata.
Muuttamalla männän asentoa, eri värähtelytapoja vastaavat kuviot voidaan näyttää tietylle äänilähteelle.
Kundtin putki on erittäin hyödyllinen äänen nopeuden mittaamiseen eri kaasuissa ja eri lämpötiloissa, ja on selvää, että Heinrich Rubens inspiroi tätä työtä luomaan kuuluisan putken.
Viitteet
- Akustinen verkko. Rubens-putki. Palautettu acusticaweb.com -sivustolta
- Fysiikan tao. Liekit akustisessa putkessa. Palautettu osoitteesta: vicente1064.blogspot.com
- Maciel, T. Liekevä oskilloskooppi: Rubensin liekin putken fysiikka. Palautettu osoitteesta: physicsbuzz.physicscentral.com.
- Äänen ja aaltojen esittely Rubens-putkella. Haettu osoitteesta people.physics.tamu.edu.
- Wikipedia. Heinrich Rubens. Palautettu osoitteesta: wikipedia.com
- Wikipedia. Rubens-putki. Palautettu osoitteesta: wikipedia.com.