Historique des tubes Rubens, matériaux, opération

Il Tube Rubens C'est un appareil qui se compose d'un tube avec un haut-parleur placé à une extrémité et une rangée de perforations à travers lesquelles le gaz inflammable sort, qui s'active pour produire de petites flammes.

Cette conception rend possible les ondes sonores à l'intérieur du tube produit par le haut-parleur. Et démontre sans aucun doute que le son est une onde de pression, car le flux de gaz inflammable qui sort par les trous est proportionnel à la pression locale de la même.

Figure 1. Tube Rubens. Source: Wikimedia Commons

La figure 1 montre un tube blond sur lequel on peut voir que la hauteur des flammes suit un motif d'onde, qui est précisément le son. 

Rubens Tube est nommé d'après son créateur -Heinrich Leopold Rubens (1865-1922) -, qui était un physicien et ingénieur allemand exceptionnel.  Son principal domaine de recherche était l'étude du rayonnement électromagnétique dans l'infrarouge et ses recherches ont été décisives dans le développement de théories du rayonnement corporel noir qui ont ensuite conduit à la physique quantique.

En 1904, Heinrich Rubens a construit son célèbre tube, à l'origine quatre mètres de long avec une rangée de 200 perforations avec une séparation de 2 centimètres dans sa partie supérieure.

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Matériaux 

Il est possible de construire un tube Rubens avec des matériaux relativement courants, comme détaillé ci-dessous. Est requis:

- Tube métallique anodisé de ½ pouce par un mètre de long avec un fil à l'une de ses extrémités, l'autre extrémité doit être bien poncée, pour éliminer tous les bords tranchants.

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- Adaptateur de bronze file ½ à ¼ de pouce.

- Bouteille de gaz propane avec régulateur de pression et adaptateur de tuyau de ¼ de pouce.

- Pinces de tuyau.

- Gants en latex et pince de tube de ½ pouce.

- Support en bois pour placer le tube sur une table.

Construction de tube Rubens

-D'abord une ligne est tracée avec un crayon ou un marqueur le long du tube. Il est également nécessaire de faire des marques transversales de séparation de 1 cm entre eux et de 10 centimètres de la séparation des extrémités du tube, qui servent à percer les trous.

-Avec un foret bancaire, les perforations sont faites, en utilisant un foret de 1,5 mm de diamètre, dans les marques précédemment tracées.

-À une extrémité du tube, l'adaptateur de filetage est placé sur le tuyau et de l'autre, la sortie du tube est couverte, en utilisant un morceau de latex de gant comme membrane. Ceci est fatigué avec du ruban adhésif et assure une pince qui est placée sur le ruban, afin que la membrane ne soit pas coupée.

-Ensuite, la bouteille de gaz est connectée et un haut-parleur est placé à la fin de la membrane, qui à son tour s'est connecté à un amplificateur audio. Le signal peut être généré avec le mobile, car il existe des applications pour générer des signaux audio à une fréquence donnée.

-Enfin, la sortie audio est connectée à l'amplificateur en utilisant les câbles appropriés. Le schéma est dans la figure 2. Une fois la flamme activée, vous pouvez déjà visualiser les sons dans les flammes du tube Rubens.

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Précautions

-Prenez les précautions pertinentes car elle fonctionnera avec le gaz et le feu, afin que l'expérience doit être effectuée dans des espaces bien ventilés et retirer tous les objets et substances inflammables de l'environnement.

-Les courants d'air doivent être évités.

-Essayez de ne pas laisser l'appareil trop longtemps, pour éviter d'endommager le haut-parleur.

-Le motif d'onde réduit mieux l'intensité des lumières.

Figure 2. Schéma de tube Rubens. Source: auto-faite.

Fonctionnement

Lorsque le gaz qui sort par les perforations est éclairé et que la source sonore est appliquée près de la membrane, on peut voir comment les flammes de hauteur variables dessinent la forme de l'onde stationnaire à l'intérieur du tube.

La membrane est celle qui permet aux impulsions de pression sonore produites par le haut-parleur ou la corne placée à côté de la membrane d'être transmise à l'intérieur du tube, qui se reflète lorsqu'ils atteignent l'autre extrémité.

Le chevauchement de l'onde transmise et l'onde réfléchie crée des différences de pression, produisant une onde stationnaire dont le motif est reproduit par la hauteur des flammes, sous forme de zones supérieures (crêtes) et des zones dans lesquelles la flamme est à peine distinguée (vallées ou nœuds).

Fréquences appropriées

Le haut-parleur peut être connecté à un générateur d'ondes de fréquence variable qui doit être ajusté aux fréquences appropriées pour visualiser les différents modes d'onde stationnaires qui se forment à l'intérieur du tube.

Les fréquences appropriées dépendent de la longueur du tube et de la relation qu'elles doivent accomplir est la suivante:

F = (v _son / 2l) n

Être L la longueur et N = 1, 2, 3, 4 ..

Vous pouvez également connecter l'orateur à la sortie d'un lecteur de musique pour visualiser le son de la musique à travers les flammes.

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Tube de Kundt: prédécesseur de tube Rubens

Le tube Rubens est une variante du tube Kundt, créé par un autre physicien allemand nommé August Kundt, qui en 1866 a construit un tube en verre, l'a placé horizontalement et l'a rempli de morceaux de liège ou de poussière de spores de la fougère lycopodium. 

Puis il a fermé une extrémité avec un piston et de l'autre, il a mis une membrane flexible, à laquelle une source sonore attachée. Ce faisant, il a observé comment la poussière de spores était regroupée dans les nœuds de l'onde stationnaire qui se forment à l'intérieur du tube et la longueur d'onde peut ensuite être mesurée.

La modification de la position du piston peut être affichée les motifs correspondant aux différents modes de vibration, pour une source sonore donnée. 

Le tube Kundt est très utile pour mesurer la vitesse du son dans différents gaz et à différentes températures et il est incontestable que Heinrich Rubens a été inspiré par ce travail pour créer son célèbre tube.

Les références

1. Acoustique Web. Tube Rubens. Récupéré de AholticWeb.com
2. Le tao de la physique. Flamas dans un tube acoustique. Récupéré de: vicente1064.Blogspot.com
3. Maciel, T. L'oscilloscope enflammé: la physique du tube de flamme de Rubens. Récupéré de: PhysicsBuzz.PhysicsCentral.com.
4. Démonstration du son et des vagues avec un tube de rubens. Récupéré de: les gens.La physique.tamu.Édu.
5. Wikipédia. Heinrich Rubens. Récupéré de: Wikipedia.com
6. Wikipédia. Tube Rubens. Récupéré de: Wikipedia.com.