- matériaux
- Précautions
- Fonctionnement
- Fréquences appropriées
- Le tube Kundt: prédécesseur du tube Rubens
- Références
Le tube Rubens est un appareil qui se compose d'un tube avec un haut-parleur à une extrémité et une rangée de perforations à travers lesquelles un gaz inflammable sort, 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 trous est proportionnel à la pression locale de celui-ci.
Figure 1. Tube Rubens. Source: wikimedia commons
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.
matériaux
-D'abord, une ligne est tracée le long du tube avec un crayon ou un marqueur. Il faut également 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 diamètre 1,5 mm, dans les marques préalablement tracées.
-À une extrémité du tube, l'adaptateur fil-tuyau est placé et la sortie du tube est recouverte de l'autre, 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 de sorte 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 visualiser les sons dans les flammes du tube Rubens.
Précautions
-Prendre les précautions appropriées puisque vous allez travailler avec du gaz et du feu, donc l'expérience doit être réalisée dans des espaces bien ventilés et éliminer tous les objets et substances inflammables de l'environnement.
-Évitez les courants d'air.
-Veillez à ne pas laisser l'appareil allumé trop longtemps pour éviter d'endommager le haut-parleur.
-Le modèle d'onde est mieux observé en diminuant l'intensité des lumières.
Figure 2. Schéma du tube Rubens. Source: self made.
Fonctionnement
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 sonore 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 élevées (pics) et les zones où la flamme est à peine discernable (vallées ou nœuds).
Fréquences appropriées
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:
Où L est 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 Kundt: prédécesseur du 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 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 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 peuvent être affichés pour une source sonore donnée.
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.
Références
- Acoustique Web. Tube de Rubens. Récupéré de acusticaweb.com
- Le tao de la physique. Flammes dans un tube acoustique. Récupéré de: vicente1064.blogspot.com
- Maciel, T. L'oscilloscope flamboyant: la physique du tube de flamme de Rubens. Récupéré de: physicsbuzz.physicscentral.com.
- Démonstration son et ondes avec un tube Rubens. Récupéré de: people.physics.tamu.edu.
- Wikipédia. Heinrich Rubens. Récupéré de: wikipedia.com
- Wikipédia. Tube de Rubens. Récupéré de: wikipedia.com.