Трубка Рубенса

Материал из wikixw
Перейти к навигации Перейти к поиску

Трубка Рубенса, также известная как трубка пламени стоячей волны, или просто трубка пламени, представляет собой старинный физический прибор для демонстрации акустических стоячих волн в трубке. Изобретенный немецким физиком Генрихом Рубенсом в 1905 году , он графически показывает связь между звуковыми волнами и звуковым давлением, как примитивный осциллограф. Сегодня он используется лишь изредка, как правило, в качестве демонстрации в физическом образовании.

Установка трубки Рубенса

Обзор[править]

Длина трубы перфорирована сверху и герметизирована с обоих концов - одно уплотнение прикреплено к небольшому громкоговорителю или генератору частоты, другое-к источнику горючего газа (баллону с пропаном). Труба заполняется газом, и газ, вытекающий из перфорации, зажигается. Если используется подходящая постоянная частота, внутри трубки может образоваться стоячая волна. Когда громкоговоритель включен, стоячая волна создаст точки с колеблющимся (более высоким и более низким) давлением и точки с постоянным давлением (узлы давления) вдоль трубки. Там, где есть колебательное давление из-за звуковых волн, меньше газа будет выходить из отверстий в трубе, и пламя будет ниже в этих точках. В узлах давления пламя выше. В конце трубки скорость молекулы газа равна нулю, а колебательное давление-максимальному, поэтому наблюдается низкое пламя. Можно определить длину волны от минимума и максимума пламени, просто измеряя линейкой.

Объяснение[править]

Поскольку усредненное по времени давление одинаково во всех точках трубы, объяснить разницу высот пламени не так просто. Высота пламени пропорциональна расходу газа, как показано на рисунке. Основанный на принципе Бернулли, поток газа пропорционален квадратному корню разности давлений между внутренней и внешней частями трубы. Это показано на рисунке для трубки без стоячей звуковой волны. Исходя из этого аргумента, высота пламени нелинейно зависит от локального, зависящего от времени давления. Среднее время течения уменьшается в точках с колеблющимся давлением, и таким образом пламя становится ниже.

История[править]

Генрих Рубенс-немецкий физик, родился в 1865 году. Хотя он работал с более известными физиками, такими как Макс Планк в Берлинском университете, над некоторыми фундаментальными работами по квантовой физике, он наиболее известен своей пламенной трубкой, которая была продемонстрирована в 1905 году. Эта оригинальная трубка Рубенса представляла собой четырехметровую секцию трубы с примерно 100 отверстиями диаметром 2 мм, равномерно расположенными по всей ее длине.

Когда концы трубы герметизированы и горючий газ закачивается в устройство, выходящий газ может быть зажжен, чтобы сформировать ряд пламени примерно одинакового размера. Когда звук подается с одного конца с помощью громкоговорителя, внутреннее давление изменяется по длине трубки. Если звук имеет частоту, которая производит стоячие волны, длина волны будет видна в серии пламени, причем самые высокие языки пламени происходят в узлах давления, а самые низкие-в антинодах давления. Антиноды давления соответствуют местам с наибольшей степенью сжатия и разрежение.

Публичные дисплеи[править]

Трубка Рубенса была выставлена в Исследовательском центре в Бристоле, Англия, пока он не закрылся в 1999 году. Аналогичная выставка с использованием полистироловых шариков вместо пламени демонстрировалась в научном центре At-Bristol до 2009 года. студенты делают модели трубки Рубенса на своей школьной научной выставке.

Этот дисплей также можно найти на кафедрах физики в ряде университетов. Ряд физических выставок также имеют один, например: Фонд Рино (Нидерланды), Fysikshow Aarhus (Дания), Fizika Ekspres (Хорватия) и ÅA Physics show (Финляндия).

Разрушители мифов также включили демонстрацию своего эпизода "голосового огнетушителя" в 2007 году.[9] The Daily Planet's The Greatest Show Ever,[10] провела конкурс, в котором пять канадских научных центров соревновались за лучший эксперимент научного центра/дисплей. Научный центр Эдмонтона (Telus World of Science) использовал трубку Рубенса и выиграл конкурс. Спецвыпуск был снят 10 октября 2010 года. Тим шоу на шоу Street Genius на канале National Geographic также показал его в эпизоде 18 "волна огня".

Художница Эмер О'Брайен использовала трубки Рубенса в качестве основы для звуковой скульптуры, представленной на ее выставке 2012 года Return to Normal в лондонском проекте Wapping.

2D трубка Рубенса[править]

Обзор[править]

Двумерная трубка Рубенса, также известная как пирокартон, представляет собой плоскость горелок Бунзена, которая может демонстрировать акустическую стоячую волну в двух измерениях. Подобно своей предшественнице, одномерной трубке Рубенса, эта стоячая волна вызвана множеством факторов. Изменение давления, вызванное притоком газа пропана, мешающего входу звуковых волн в плоскость, вызывает изменение высоты и цвета пламени. Двумерная трубка Рубенса была прославлена датской группой научных демонстраторов в Дании под названием Fysikshow.

Объяснение[править]

Двумерная трубка Рубенса состоит из множества различных частей. Основная часть сама по себе представляет собой прямоугольную стальную коробку, которая выводит газ пропан. Сталь обычно используется для плоскости на пирощитах, потому что соединение обычно выдерживает огромное количество тепла и все еще может поддерживать свою структуру. В верхней части стальной плоскости просверливаются отверстия для выхода газа пропана, который постоянно и медленно закачивается в стальную коробку. Вместо того чтобы иметь полную стальную коробку, некоторые конструкции пирощитов имеют деревянные стороны для поддержки стальной плоскости сверху. В деревянных пиротехнических плитах внутренняя часть коробки обычно покрыта какой-то термостойкой мембраной, которая предотвращает утечку пропана внутри коробки.

По бокам стальной коробки расположены динамики, которые вводят звук в содержащуюся среду. Скорость, с которой газ пропана выходит через отверстия в верхней части пирощита, зависит от интенсивности вводимого звука. Эта зависимость прямо пропорциональна, то есть по мере увеличения интенсивности звука увеличивается скорость, с которой газ пропан выходит.

Поскольку среда внутри стальной коробки поддерживается в постоянном объеме, стоячая волна имеет возможность быть произведенной. Частота, с которой может быть произведена стоячая волна, в значительной степени зависит от физических размеров коробки и длины волны. Поскольку размеры пирощитов варьируются, каждая плата имеет свои уникальные частоты, на которых может быть произведена стоячая волна.

Публичные дисплеи[править]

В 2014 году датский научный демонстратор Суне Нильсен, член Fysikshow, объединился с научным блогером Дереком Мюллером в видеоролике YouTube , демонстрирующем пиротехнику в действии. Дерек Мюллер, также известный как Veritasium на YouTube, объясняет науку о том, как работают 1D и 2D трубки Рубенса.

Пруф[править]

/youtu.be/Y4Q4tirAOmU

Источник — https://wikixw.ru/index.php?title=Трубка_Рубенса&oldid=20307