le Tube de Rubens C'est un appareil composé d'un tube avec un haut-parleur placé à une extrémité et une rangée de perforations à travers lesquelles sort un gaz inflammable, qui s'enflamme pour produire de petites flammes.
Cette conception permet de visualiser les ondes sonores à l'intérieur du tube produites par le haut-parleur. Et cela montre sans aucun doute que le son est une onde de pression, car le flux de gaz inflammable qui sort par les orifices est proportionnel à la pression locale de celui-ci..
La figure 1 montre un tube Rubens éclairé, dans lequel on peut voir que la hauteur des flammes suit un motif d'onde, qui est précisément celui du son.
Le tube de Rubens porte le nom de son créateur - Heinrich Leopold Rubens (1865 - 1922) - qui était un physicien et ingénieur allemand de premier plan. Son principal domaine de recherche était l'étude du rayonnement électromagnétique dans l'infrarouge et ses recherches ont été décisives dans le développement des théories du rayonnement du corps noir qui ont ensuite conduit à la physique quantique..
En 1904, Heinrich Rubens construit son célèbre tube, à l'origine de quatre mètres de long avec une rangée de 200 perforations espacées de 2 centimètres au sommet..
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Il est possible de construire un tube Rubens avec des matériaux relativement courants, comme détaillé ci-dessous. Est requis:
- Tube en métal anodisé de ½ pouce sur un mètre de long avec filetage à une extrémité, l'autre extrémité doit être bien poncée, pour éliminer toutes les arêtes de coupe.
- Adaptateur de tuyau en laiton ½ filetage à ¼ pouce.
- Bouteille de gaz propane avec régulateur de pression et adaptateur de tuyau de ¼ po.
- Colliers de serrage.
- Gants en latex et collier de serrage ½ pouce.
- Support en bois pour placer horizontalement le tube sur une table.
-Une ligne est d'abord dessinée le long du tube avec un crayon ou un marqueur. Il est également nécessaire de faire des marques transversales distantes de 1 cm et distantes de 10 centimètres des extrémités du tube, qui servent à percer les trous..
-Avec un foret d'établi, les trous sont réalisés, à l'aide d'un foret de 1,5 mm de diamètre, dans les marques précédemment tracées.
-À une extrémité du tube, l'adaptateur fil-tuyau est placé et à l'autre extrémité, la sortie du tube est recouverte, en utilisant un morceau de latex du gant comme membrane. Ceci est solidement fixé avec du ruban de masquage et fixé avec 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 l'extrémité de la membrane, qui à son tour a été connectée 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 à l'aide des câbles appropriés. Le schéma est illustré à la figure 2. Une fois la flamme allumée, vous pouvez déjà visualiser les sons dans les flammes du tube Rubens.
-Prenez les précautions nécessaires puisque vous allez travailler avec du gaz et du feu, donc l'expérience doit être menée dans des espaces bien ventilés et éliminer tous les objets et substances inflammables de l'environnement..
-Les courants d'air doivent être évités.
-Veillez à ne pas laisser l'appareil allumé trop longtemps, pour éviter d'endommager le haut-parleur.
-Le modèle d'onde est mieux vu en diminuant l'intensité des lumières.
Lorsque le gaz sortant des perforations est enflammé et que la source sonore est appliquée près de la membrane, on peut voir comment les flammes de hauteur variable dessinent la forme de l'onde stationnaire à l'intérieur du tube..
La membrane est ce qui permet aux impulsions de pression acoustique produites par le haut-parleur ou le pavillon placé à côté de la membrane d'être transmises à l'intérieur du tube, qui sont réfléchies lorsqu'elles atteignent l'autre extrémité..
La superposition de l'onde transmise et de l'onde réfléchie crée des différences de pression, produisant une onde stationnaire dont le motif est reproduit par la hauteur des flammes, telles que les zones plus hautes (crêtes) et les zones où la flamme est à peine discernable (vallées ou nœuds).
Le haut-parleur peut être connecté à un générateur d'ondes à fréquence variable qui doit être réglé sur les fréquences appropriées pour visualiser les différents modes d'ondes stationnaires qui se forment à l'intérieur du tube..
Les fréquences appropriées dépendent de la longueur du tube et la relation qu'elles doivent respecter est la suivante:
f = (v sonner / 2L) n
Étant L la longueur et n = 1, 2, 3, 4 ...
Vous pouvez également connecter le haut-parleur à la sortie d'un lecteur de musique pour visualiser le son de la musique à travers les flammes.
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 de 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 a mis une membrane flexible sur l'autre, à laquelle il a attaché une source sonore. Ce faisant, il a observé comment la poussière de spores s'est agglutinée aux nœuds de l'onde stationnaire qui se forme à l'intérieur du tube, et la longueur d'onde peut alors être mesurée..
En changeant la position du plongeur, les motifs correspondant aux différents modes de vibration, pour une source sonore donnée, peuvent être affichés..
Le tube de Kundt est très utile pour mesurer la vitesse du son dans différents gaz et à différentes températures et il est clair que Heinrich Rubens s'est inspiré de ce travail pour créer son célèbre tube.
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