RUBENSA CAURULE: VĒSTURE, MATERIĀLI, DARBĪBA - ZINĀTNE - 2025

Rubens caurule ir ierīce, kas sastāv no caurules ar skaļruni vienā galā un rindu perforācijas caur kuru viegli uzliesmojoša gāze nāk ārā, kas aizdegas, lai ražotu nelielu liesmu.

Šis dizains ļauj vizualizēt skaņas viļņus skaļruņa radītajā caurulē. Un tas bez šaubām parāda, ka skaņa ir spiediena vilnis, jo viegli uzliesmojošas gāzes plūsma, kas izplūst caur sprauslām, ir proporcionāla tās pašas vietējam spiedienam.

1. attēls. Rubensa caurule. Avots: wikimedia commons

1. attēlā parādīta apgaismota Rubensa caurule, kurā var redzēt, ka liesmu augstums atbilst viļņu shēmai, kas ir tieši tāda pati kā skaņai.

Rubensa caurule ir nosaukta pēc tā veidotāja - Heinriha Leopolda Rubensa (1865 - 1922) -, kurš bija ievērojams vācu fiziķis un inženieris. Viņa galvenais pētījumu lauks bija elektromagnētiskā starojuma izpēte infrasarkanajā telpā, un viņa pētījumiem bija izšķiroša nozīme melnā ķermeņa starojuma teoriju izstrādē, kas vēlāk noveda pie kvantu fizikas.

1904. gadā Heinrihs Rubenss uzbūvēja savu slaveno caurulīti, sākotnēji četru metru garumā, ar 200 perforāciju rindu, kas augšpusē atradās 2 centimetru attālumā viens no otra.

materiāli

-Pirmkārt, caur cauruli ar zīmuli vai marķieri tiek izsekota līnija. Ir arī jāveido šķērsvirzieni 1 cm attālumā viens no otra un 10 centimetru attālumā no caurules galiem, kas kalpo caurumu urbšanai.

-Ar stenda urbumu caurumiem, kas izgatavoti, izmantojot 1,5 mm diametra urbumu, iepriekš zīmētās atzīmēs tiek izgatavoti.

- Vienā caurules galā ievieto vītnes-šļūtenes adapteri un, no otras puses, pārklāj caurules izeju, izmantojot kā membrānu cimda lateksa gabalu. To cieši piestiprina ar maskēšanas lenti un nostiprina ar skavu, kas tiek novietota virs lentes tā, lai membrāna netiktu sagriezta.

-Tad gāzes balons ir savienots, un membrānas galā ir novietots skaļrunis, kas savukārt ir savienots ar audio pastiprinātāju. Signālu var ģenerēt, izmantojot mobilo, jo ir lietotnes, kas noteiktā frekvencē ģenerē audio signālus.

-Visbeidzot, audio izeja ir savienota ar pastiprinātāju, izmantojot atbilstošos kabeļus. Shēma ir parādīta 2. attēlā. Kad liesma ir iedegta, jūs varat iztēloties skaņas Rubensa caurules liesmās.

Piesardzības pasākumi

- Veiciet attiecīgos piesardzības pasākumus, jo strādājat ar gāzi un uguni, tāpēc eksperiments jāveic labi vēdināmās telpās un no apkārtnes jānoņem visi uzliesmojošie priekšmeti un vielas.

-Neizvairieties no caurvēja.

-Uzmanieties, lai neatstātu ierīci ieslēgtu pārāk ilgi, lai nesabojātu skaļruni.

-Viļņu modeli vislabāk var novērot, samazinot gaismas intensitāti.

2. attēls. Rubensa caurules shēma. Avots: pašu gatavots.

Darbojas

Kad tiek aizdedzināta gāze, kas iziet no perforācijām, un skaņas avots tiek pielietots tuvu membrānai, var redzēt, kā dažāda augstuma liesmas caurulē veido stāvošā viļņa formu.

Membrāna ļauj skaņas spiediena impulsiem, ko rada skaļrunis vai skaņas signāls, kas novietots blakus membrānai, pārnest uz caurules iekšpusi, un tie tiek atstaroti, kad tie sasniedz otru galu.

Pārraidītā un atspoguļotā viļņa superpozīcija rada spiediena atšķirības, radot stāvošu vilni, kura modeli atkārto liesmu augstums, piemēram, augstākie laukumi (virsotnes) un apgabali, kur liesma ir tik tikko atšķirama (ielejas vai mezgli).

Piemērotas frekvences

Skaļruni var savienot ar mainīgas frekvences viļņu ģeneratoru, kas jāiestata atbilstošajās frekvencēs, lai vizualizētu dažādos stāvošā viļņa režīmus, kas veidojas caurules iekšpusē.

Atbilstošās frekvences ir atkarīgas no mēģenes garuma, un tām ir jāatbilst šādām attiecībām:

Kur L ir garums un n = 1, 2, 3, 4 …

Skaļruni var arī savienot ar mūzikas atskaņotāja izeju, lai mūzikas liesmu vizualizētu.

Kundta caurule: Rubensa caurules priekšgājējs

Rubensa caurule ir Kundta caurules variants, kuru izveidoja cits vācu fiziķis Augusts Kundts, kurš 1866. gadā uzbūvēja stikla cauruli, novietoja to horizontāli un piepildīja ar korķa gabaliņiem vai sporas putekļiem no papardes Lycopodium.

Tad viņš aizvēra vienu galu ar virzuli un uzlika elastīgu membrānu, uz kura viņš piestiprināja skaņas avotu. To darot, viņš novēroja, kā sporas putekļi salipās kopā pie stāvošā viļņa mezgliem, kas veidojas mēģenē, un pēc tam var izmērīt viļņa garumu.

Mainot virzuli, konkrētam skaņas avotam var parādīt modeļus, kas atbilst dažādiem vibrācijas režīmiem.

Kundta caurule ir ļoti noderīga, lai izmērītu skaņas ātrumu dažādās gāzēs un dažādās temperatūrās, un ir skaidrs, ka Heinrihs Rubenss iedvesmojās no šī darba, lai izveidotu savu slaveno cauruli.

Atsauces

1. Akustikas tīmeklis. Rubensa caurule. Atgūts no vietnes acusticaweb.com
2. Fizikas tao. Liesmas akustiskā caurulē. Atgūts no: vicente1064.blogspot.com
3. Maciel, T. Uzliesmojošais osciloskops: Rubensa liesmas caurules fizika. Atgūts no: physicsbuzz.physicscentral.com.
4. Skaņas un viļņu demonstrēšana ar Rubensa cauruli. Saturs iegūts no: people.physics.tamu.edu.
5. Wikipedia. Heinrihs Rubenss. Atgūts no: wikipedia.com
6. Wikipedia. Rubensa caurule. Atgūts no: wikipedia.com.