루벤스 튜브는 일단 스피커 작은 불꽃을 생성하도록 점화 가연성 가스가 나오는 통해 천공 열 가진 튜브로 구성된 장치이다.
이 디자인은 스피커에서 생성 된 튜브 내의 음파를 시각화 할 수있게합니다. 그리고 그것은 오리피스를 통해 나오는 가연성 가스의 흐름이 동일한 국부 압력에 비례하기 때문에 소리가 압력 파라는 것을 의심 할 여지없이 보여줍니다.
그림 1. 루벤스 튜브. 출처 : wikimedia commons
그림 1은 불이 켜진 루벤스 튜브를 보여 주며, 불꽃의 높이가 소리의 파동 패턴을 따르는 것을 볼 수 있습니다.
루벤스 튜브의 이름은 저명한 독일 물리학 자이자 엔지니어였던 제작자 인 Heinrich Leopold Rubens (1865-1922)의 이름을 따서 명명되었습니다. 그의 주요 연구 분야는 적외선의 전자기 복사 연구였으며 그의 연구는 나중에 양자 물리학으로 이어진 흑체 복사 이론의 개발에 결정적이었습니다.
1904 년에 하인리히 루벤스는 그의 유명한 튜브를 만들었는데, 원래는 길이가 4 미터이고, 상단에 2 센티미터 간격으로 200 개의 천공이있는 줄이 있습니다.
기재
-먼저 연필이나 마커로 튜브를 따라 선을 그립니다. 또한 구멍을 뚫는 역할을하는 튜브 끝에서 1cm 간격과 10cm 간격으로 가로 표시를 만들어야합니다.
-벤치 드릴을 사용하여 이전에 그린 마크에 직경 1.5mm 드릴을 사용하여 구멍을 만듭니다.
-튜브의 한쪽 끝에는 나사-호스 어댑터가 배치되고 튜브의 출구는 장갑의 라텍스 조각을 멤브레인으로 사용하여 다른 쪽을 덮습니다. 이것은 마스킹 테이프로 단단히 고정되고 멤브레인이 절단되지 않도록 테이프 위에 놓인 클램프로 고정됩니다.
-그런 다음 가스 실린더를 연결하고 스피커를 멤브레인 끝에 배치하고 오디오 증폭기에 연결합니다. 주어진 주파수에서 오디오 신호를 생성하는 앱이 있기 때문에 신호는 모바일로 생성 될 수 있습니다.
-마지막으로 오디오 출력은 적절한 케이블을 사용하여 앰프에 연결됩니다. 구성표는 그림 2에 나와 있습니다. 불꽃이 켜지면 루벤스 튜브의 불꽃 소리를 시각화 할 수 있습니다.
지침
-가스와 불을 다룰 예정이 오니 각별한주의를 기울여 실험을하여야하므로 환기가 잘되는 공간에서 실시하고 주변의 가연성 물질과 물질을 모두 제거해야합니다.
-초안을 피하십시오.
-스피커가 손상되지 않도록 장치를 너무 오랫동안 켜두 지 않도록주의하십시오.
-파형은 빛의 강도를 낮추면 가장 잘 관찰됩니다.
그림 2. 루벤스 튜브 방식. 출처 : 자체 제작.
작동
천공을 빠져 나가는 가스가 점화되고 음원이 멤브레인 가까이에 가해지면 다양한 높이의 불꽃이 튜브 내부의 정상파 모양을 그리는 방법을 알 수 있습니다.
멤브레인은 멤브레인 옆에 배치 된 라우드 스피커 또는 혼에서 생성 된 음압 펄스가 튜브 내부로 전달되도록하여 다른 쪽 끝에 도달하면 반사됩니다.
투과 파와 반사파의 중첩은 압력 차를 만들어 더 높은 영역 (피크)과 불꽃이 거의 구별되지 않는 영역 (밸리 또는 밸리)과 같이 화염의 높이에 따라 패턴이 재현되는 정상파를 생성합니다. 노드).
적절한 주파수
라우드 스피커는 튜브 내부에 형성되는 다양한 정상파 모드를 시각화하기 위해 적절한 주파수로 설정되어야하는 가변 주파수 파동 발생기에 연결될 수 있습니다.
적절한 주파수는 튜브의 길이에 따라 달라지며 충족해야하는 관계는 다음과 같습니다.
여기서 L은 길이이고 n = 1, 2, 3, 4 …
스피커를 음악 플레이어의 출력에 연결하여 불꽃을 통해 음악 소리를 시각화 할 수도 있습니다.
Kundt 튜브 : Rubens 튜브의 전신
루벤스 관은 1866 년에 유리관을 만들어 수평으로 배치하고 석송 고사리에서 나온 코르크 또는 포자 먼지 조각을 채운 독일의 다른 물리학 자 August Kundt가 만든 Kundt 관의 변형입니다.
그런 다음 그는 플런저로 한쪽 끝을 닫고 다른 쪽 끝에 유연한 멤브레인을 놓고 음원을 부착했습니다. 그렇게하면서 그는 포자 먼지가 튜브 내부에 형성되는 정상파의 노드에서 어떻게 모여서 파장을 측정 할 수 있는지 관찰했습니다.
플런저의 위치를 변경하면 주어진 음원에 대해 다양한 진동 모드에 해당하는 패턴을 표시 할 수 있습니다.
Kundt의 튜브는 다양한 가스와 다양한 온도에서 음속을 측정하는 데 매우 유용하며 Heinrich Rubens가이 작업에서 영감을 받아 유명한 튜브를 만든 것은 분명합니다.
참고 문헌
- 음향 웹. 루벤스 튜브. acusticaweb.com에서 복구
- 물리학의 타오. 어쿠스틱 튜브의 불꽃. 출처 : vicente1064.blogspot.com
- Maciel, T. The Flaming Oscilloscope : The Physics of Rubens 'Flame Tube. 출처 : physicsbuzz.physicscentral.com.
- 루벤스 튜브로 소리와 파도 시연. 출처 : people.physics.tamu.edu.
- Wikipedia. 하인리히 루벤스. 출처 : wikipedia.com
- Wikipedia. 루벤스 튜브. 출처 : wikipedia.com.