- materialen
- Voorzorgsmaatregelen
- Functioneren
- Passende frequenties
- De Kundt-buis: voorloper van de Rubens-buis
- Referenties
De Rubensbuis is een apparaat dat bestaat uit een buis met aan het ene uiteinde een luidspreker en een rij perforaties waardoor brandbaar gas naar buiten komt, dat ontsteekt en kleine vlammen produceert.
Dit ontwerp maakt het mogelijk om de geluidsgolven in de buis te visualiseren die door de luidspreker worden geproduceerd. En het laat zonder twijfel zien dat geluid een drukgolf is, aangezien de stroom brandbaar gas die door de gaten naar buiten komt evenredig is met de lokale druk ervan.
Figuur 1. Rubensbuis. Bron: Wikimedia Commons
Figuur 1 toont een verlichte Rubensbuis, waarin te zien is dat de hoogte van de vlammen een golfpatroon volgt, precies dat van geluid.
De Rubens-buis is vernoemd naar de maker - Heinrich Leopold Rubens (1865 - 1922) - die een vooraanstaand Duits natuurkundige en ingenieur was. Zijn belangrijkste onderzoeksgebied was de studie van elektromagnetische straling in het infrarood en zijn onderzoek was doorslaggevend bij de ontwikkeling van de theorieën over straling van zwarte lichamen die later leidden tot de kwantumfysica.
In 1904 bouwde Heinrich Rubens zijn beroemde buis, oorspronkelijk vier meter lang met aan de bovenkant een rij van 200 perforaties op 2 centimeter afstand van elkaar.
materialen
-Eerst wordt een lijn langs de buis getrokken met een potlood of stift. Het is ook nodig om dwarsmarkeringen aan te brengen op 1 cm van elkaar en 10 cm van de uiteinden van de buis, die dienen om de gaten te boren.
-Met een tafelboor worden de gaten gemaakt met een boor van 1,5 mm diameter in de eerder getekende markeringen.
-Aan het ene uiteinde van de buis wordt de draad-naar-slang-adapter geplaatst en de uitlaat van de buis wordt aan de andere kant afgedekt, met een stuk latex van de handschoen als membraan. Deze wordt stevig bevestigd met afplaktape en vastgezet met een klem die over de tape wordt geplaatst zodat het membraan niet wordt doorgesneden.
-Vervolgens wordt de gasfles aangesloten en wordt aan het uiteinde van het membraan een luidspreker geplaatst, die op zijn beurt is aangesloten op een audioversterker. Het signaal kan worden gegenereerd met de mobiel, aangezien er apps zijn om audiosignalen op een bepaalde frequentie te genereren.
-Ten slotte is de audio-uitgang met de juiste kabels verbonden met de versterker. Het schema is in figuur 2. Zodra de vlam is aangestoken, kun je de geluiden in de vlammen van de Rubensbuis visualiseren.
Voorzorgsmaatregelen
-Neem de nodige voorzorgsmaatregelen aangezien u met gas en vuur gaat werken, dus het experiment moet worden uitgevoerd in goed geventileerde ruimtes en verwijder alle brandbare voorwerpen en stoffen uit de omgeving.
-Voorkom tocht.
-Let op dat u het apparaat niet te lang aan laat staan om schade aan de luidspreker te voorkomen.
-Het golfpatroon wordt het best waargenomen door de intensiteit van de lichten te verminderen.
Figuur 2. Rubensbuisschema. Bron: zelf gemaakt.
Functioneren
Wanneer het gas dat de perforaties verlaat, wordt ontstoken en de geluidsbron dicht bij het membraan wordt aangebracht, is te zien hoe de vlammen van verschillende hoogte de vorm van de staande golf in de buis tekenen.
Het membraan zorgt ervoor dat de geluidsdrukpulsen die worden geproduceerd door de luidspreker of hoorn die naast het membraan is geplaatst, in de buis worden overgedragen, die worden gereflecteerd wanneer ze het andere uiteinde bereiken.
De superpositie van de uitgezonden golf en de gereflecteerde golf creëert drukverschillen, waardoor een staande golf ontstaat waarvan het patroon wordt gereproduceerd door de hoogte van de vlammen, zoals hogere gebieden (pieken) en gebieden waar de vlam nauwelijks te onderscheiden is (valleien of knooppunten).
Passende frequenties
De luidspreker kan worden aangesloten op een golfgenerator met variabele frequentie die op de juiste frequenties moet worden ingesteld om de verschillende staande golfmodi te visualiseren die in de buis worden gevormd.
De juiste frequenties zijn afhankelijk van de lengte van de buis en de relatie waaraan ze moeten voldoen is de volgende:
Waar L is de lengte en n = 1, 2, 3, 4 …
De speaker kan ook worden aangesloten op de uitgang van een muziekspeler om het geluid van muziek door de vlammen te visualiseren.
De Kundt-buis: voorloper van de Rubens-buis
De Rubens-buis is een variant van de Kundt-buis, gemaakt door een andere Duitse natuurkundige genaamd August Kundt, die in 1866 een glazen buis bouwde, deze horizontaal plaatste en deze vulde met stukjes kurk of sporenstof van de Lycopodium-varen.
Daarna sloot hij het ene uiteinde af met een zuiger en legde hij een flexibel membraan op het andere, waaraan hij een geluidsbron bevestigde. Daarbij observeerde hij hoe het sporenstof samenklonterde op de knooppunten van de staande golf die zich in de buis vormt en de golflengte kan vervolgens worden gemeten.
Door de positie van de plunjer te veranderen, kunnen de patronen die overeenkomen met de verschillende trillingsmodi voor een gegeven geluidsbron worden weergegeven.
De buis van Kundt is erg handig voor het meten van de geluidssnelheid in verschillende gassen en bij verschillende temperaturen, en het is duidelijk dat Heinrich Rubens door dit werk werd geïnspireerd om zijn beroemde buis te maken.
Referenties
- Acoustics Web. Rubens buis. Opgehaald van acusticaweb.com
- De tao van de natuurkunde. Vlammen in een akoestische buis. Hersteld van: vicente1064.blogspot.com
- Maciel, T. The Flaming Oscilloscope: The Physics of Rubens 'Flame Tube. Hersteld van: physicsbuzz.physicscentral.com.
- Geluids- en golfdemonstratie met een Rubenskoker. Teruggeplaatst van: people.physics.tamu.edu.
- Wikipedia. Heinrich Rubens. Hersteld van: wikipedia.com
- Wikipedia. Rubens buis. Hersteld van: wikipedia.com.