- Materialien
- Vorsichtsmaßnahmen
- Funktion
- Geeignete Frequenzen
- Die Kundt-Röhre: Vorgänger der Rubens-Röhre
- Verweise
Die Rubens-Röhre ist eine Vorrichtung, die aus einer Röhre mit einem Lautsprecher an einem Ende und einer Reihe von Perforationen besteht, durch die brennbares Gas austritt, das sich entzündet, um kleine Flammen zu erzeugen.
Dieses Design ermöglicht die Visualisierung der Schallwellen in der vom Lautsprecher erzeugten Röhre. Und es zeigt ohne Zweifel, dass Schall eine Druckwelle ist, da der Strom brennbaren Gases, der durch die Öffnungen austritt, proportional zum lokalen Druck derselben ist.
Abbildung 1. Rubensrohr. Quelle: Wikimedia Commons
Abbildung 1 zeigt eine beleuchtete Rubens-Röhre, in der zu sehen ist, dass die Höhe der Flammen einem Wellenmuster folgt, das genau dem des Schalls entspricht.
Die Rubens-Röhre ist nach ihrem Schöpfer - Heinrich Leopold Rubens (1865 - 1922) - benannt, der ein bekannter deutscher Physiker und Ingenieur war. Sein Hauptforschungsgebiet war die Untersuchung der elektromagnetischen Strahlung im Infrarot und seine Untersuchungen waren entscheidend für die Entwicklung der Theorien der Schwarzkörperstrahlung, die später zur Quantenphysik führten.
1904 baute Heinrich Rubens seine berühmte Röhre, ursprünglich vier Meter lang, mit einer Reihe von 200 Perforationen, die oben 2 Zentimeter voneinander entfernt waren.
Materialien
- Zuerst wird eine Linie mit einem Bleistift oder Marker entlang der Röhre gezogen. Es ist auch notwendig, Quermarkierungen in einem Abstand von 1 cm und 10 cm von den Enden des Rohrs anzubringen, die zum Bohren der Löcher dienen.
- Mit einem Bankbohrer werden die Löcher mit einem Bohrer mit 1,5 mm Durchmesser in die zuvor gezeichneten Markierungen gemacht.
- An einem Ende des Schlauchs wird der Adapter zwischen Gewinde und Schlauch platziert und der Auslass des Schlauchs wird am anderen Ende abgedeckt, wobei ein Stück Latex des Handschuhs als Membran verwendet wird. Dieser wird mit Klebeband fest fixiert und mit einer Klammer über dem Klebeband befestigt, damit die Membran nicht geschnitten wird.
-Dann wird die Gasflasche angeschlossen und am Ende der Membran befindet sich ein Lautsprecher, der wiederum an einen Audioverstärker angeschlossen wurde. Das Signal kann mit dem Handy erzeugt werden, da es Apps gibt, um Audiosignale mit einer bestimmten Frequenz zu erzeugen.
-Finally wird der Audioausgang mit den entsprechenden Kabeln an den Verstärker angeschlossen. Das Schema ist in Abbildung 2 dargestellt. Sobald die Flamme angezündet ist, können Sie die Geräusche in den Flammen der Rubens-Röhre visualisieren.
Vorsichtsmaßnahmen
- Treffen Sie die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen, da Sie mit Gas und Feuer arbeiten. Daher muss das Experiment in gut belüfteten Räumen durchgeführt werden und alle brennbaren Gegenstände und Substanzen aus der Umgebung entfernt werden.
- Vermeiden Sie Zugluft.
- Achten Sie darauf, das Gerät nicht zu lange eingeschaltet zu lassen, um eine Beschädigung des Lautsprechers zu vermeiden.
-Das Wellenmuster lässt sich am besten durch Verringern der Lichtintensität beobachten.
Abbildung 2. Rubens-Rohrschema. Quelle: selbst gemacht.
Funktion
Wenn das aus den Perforationen austretende Gas entzündet wird und die Schallquelle nahe an der Membran angelegt wird, kann man sehen, wie die Flammen unterschiedlicher Höhe die Form der stehenden Welle innerhalb des Rohrs zeichnen.
Die Membran ermöglicht es, die Schalldruckimpulse, die von dem neben der Membran angeordneten Lautsprecher oder Horn erzeugt werden, auf das Innere der Röhre zu übertragen, die reflektiert werden, wenn sie das andere Ende erreichen.
Die Überlagerung der durchgelassenen Welle und der reflektierten Welle erzeugt Druckunterschiede, wodurch eine stehende Welle erzeugt wird, deren Muster durch die Höhe der Flammen reproduziert wird, wie z. B. höhere Bereiche (Spitzen) und Bereiche, in denen die Flamme kaum unterscheidbar ist (Täler oder Knoten).
Geeignete Frequenzen
Der Lautsprecher kann an einen Wellengenerator mit variabler Frequenz angeschlossen werden, der auf die entsprechenden Frequenzen eingestellt werden muss, um die verschiedenen Stehwellenmodi zu visualisieren, die innerhalb der Röhre gebildet werden.
Die geeigneten Frequenzen hängen von der Länge der Röhre ab und die Beziehung, die sie erfüllen müssen, ist die folgende:
Wobei L die Länge ist und n = 1, 2, 3, 4 …
Der Lautsprecher kann auch an den Ausgang eines Musik-Players angeschlossen werden, um den Klang von Musik durch die Flammen zu visualisieren.
Die Kundt-Röhre: Vorgänger der Rubens-Röhre
Die Rubens-Röhre ist eine Variante der Kundt-Röhre, die von einem anderen deutschen Physiker namens August Kundt hergestellt wurde. Er baute 1866 eine Glasröhre, platzierte sie horizontal und füllte sie mit Kork- oder Sporenstaubstücken aus dem Lycopodium-Farn.
Dann schloss er ein Ende mit einem Kolben und legte eine flexible Membran auf das andere, an die er eine Schallquelle anbrachte. Dabei beobachtete er, wie der Sporenstaub an den Knoten der stehenden Welle, die sich im Rohr bildet, zusammenklumpte und dann die Wellenlänge gemessen werden kann.
Durch Ändern der Position des Kolbens können die Muster, die den verschiedenen Schwingungsmodi entsprechen, für eine bestimmte Schallquelle angezeigt werden.
Kundts Röhre ist sehr nützlich, um die Schallgeschwindigkeit in verschiedenen Gasen und bei verschiedenen Temperaturen zu messen, und es ist klar, dass Heinrich Rubens von dieser Arbeit inspiriert wurde, seine berühmte Röhre herzustellen.
Verweise
- Akustik Web. Rubens Rohr. Von acusticaweb.com wiederhergestellt
- Das Tao der Physik. Flammen in einer Schallröhre. Wiederhergestellt von: vicente1064.blogspot.com
- Maciel, T. Das Flammenoszilloskop: Die Physik der Flammenröhre von Rubens. Wiederhergestellt von: physicsbuzz.physicscentral.com.
- Schall- und Wellendemonstration mit einer Rubensröhre. Abgerufen von: people.physics.tamu.edu.
- Wikipedia. Heinrich Rubens. Wiederhergestellt von: wikipedia.com
- Wikipedia. Rubens Rohr. Wiederhergestellt von: wikipedia.com.