Tubo de Rubens: historia, materiales, funcionamiento
El tubo de Rubens es un dispositivo que consiste en un tubo con un altavoz colocado en un extremo y una hilera de perforaciones por las que sale gas inflamable, que se enciende para producir pequeñas llamas.
Este diseño hace posible visualizar las ondas de sonido dentro del tubo producidas por el altavoz. Y demuestra sin lugar a dudas que el sonido es una onda de presión, ya que el flujo del gas inflamable que sale por los orificios es proporcional a la presión local del mismo.
La figura 1 muestra un tubo de Rubens encendido, en el cual puede observarse que la altura de las llamas sigue un patrón de ondas, que es justamente el del sonido.
El tubo de Rubens lleva el nombre de su creador -Heinrich Leopold Rubens (1865 – 1922)-, quien fue un destacado físico e ingeniero alemán. Su campo de investigación principal fue el estudio de la radiación electromagnética en el infrarrojo y sus investigaciones fueron decisivas en el desarrollo de las teorías de la radiación del cuerpo negro que posteriormente condujeron a la física cuántica.
En 1904 Heinrich Rubens construyó su famoso tubo, originalmente de cuatro metros de largo con una hilera de 200 perforaciones con separación de 2 centímetros en su parte superior.
Índice del artículo
- 1 Materiales
- 2 Construcción del tubo de Rubens
- 3 Precauciones
- 4 Funcionamiento
- 5 El tubo de Kundt: predecesor del tubo de Rubens
- 6 Referencias
Es posible construir un tubo de Rubens con materiales relativamente comunes, tal como se detalla a continuación. Se requiere:
– Tubo de metal anodizado de ½ pulgada por un metro de largo con rosca en uno de sus extremos, el otro extremo debe estar bien lijado, para eliminar todos los filos cortantes.
– Adaptador de bronce de rosca ½ a manguera de ¼ pulgada.
– Bombona de gas propano con regulador de presión y adaptador para manguera de ¼ de pulgada.
– Abrazaderas de manguera.
– Guantes de látex y abrazadera para tubo de ½ pulgada.
– Soporte de madera para colocar horizontalmente el tubo sobre una mesa.
-Primero se traza con lápiz o marcador una línea a lo largo del tubo. También es necesario hacer marcas transversales de 1 cm de separación entre ellas y a 10 centímetros de separación de los extremos del tubo, que sirven para perforar los orificios.
-Con un taladro de banco se hacen las perforaciones, usando una broca de 1,5 mm de diámetro, en las marcas anteriormente trazadas.
-En un extremo del tubo se coloca el adaptador de rosca a manguera y por el otro se tapa la salida del tubo, usando un trozo del látex del guante como membrana. Esta se fija en forma tensa con cinta de enmascarar y se asegura con una abrazadera que se coloca sobre la cinta, de modo que no se corte la membrana.
-Luego se conecta la bombona de gas y por el extremo de la membrana se coloca un parlante, que a su vez se ha conectado a un amplificador de audio. La señal se puede generar con el móvil, ya que existen apps para generar señales de audio a un frecuencia dada.
-Finalmente se conecta la salida de audio con el amplificador usando los cables apropiados. El esquema está en la figura 2. Una vez que se encienda la llama ya puede visualizar los sonidos en las llamas del tubo de Rubens.
-Tome las precauciones pertinentes ya que va a trabajar con gas y fuego, de modo que el experimento debe realizarse en espacios bien ventilados y retirar de los alrededores todos los objetos y sustancias inflamables.
-Se deben evitar las corrientes de aire.
-Procure no dejar encendido el dispositivo demasiado tiempo, para evitar dañar el parlante.
-El patrón de ondas se observa mejor disminuyendo la intensidad de las luces.
Cuando se enciende el gas que sale por las perforaciones y se aplica la fuente de sonido cerca de la membrana, puede verse cómo las llamas de altura variable dibujan la forma de la onda estacionaria en el interior del tubo.
La membrana es la que permite que los pulsos de presión sonora producidos por el parlante o bocina colocada junto a la membrana sean transmitidos al interior del tubo, los cuales se reflejan cuando llegan al otro extremo.
La superposición de la onda transmitida y la onda reflejada crea diferencias de presión, produciendo una onda estacionaria cuyo patrón es reproducido por la altura de las llamas, como zonas más altas (crestas) y zonas en las que apenas se distingue la llama (valles o nodos).
El parlante se puede conectar a un generador de ondas de frecuencia variable que debe ajustarse a las frecuencias apropiadas para visualizar los diferentes modos de onda estacionaria que se forman en el interior del tubo.
Las frecuencias apropiadas dependen de la longitud del tubo y la relación que deben cumplir es la siguiente:
f = (v sonido /2L) n
Siendo L la longitud y n = 1, 2, 3, 4…
También se puede conectar el parlante a la salida de un reproductor de música para visualizar el sonido de la música a través de las llamas.
El tubo de Rubens es una variante del tubo de Kundt, creado por otro físico alemán llamado August Kundt, quien en 1866 construyó un tubo de vidrio, lo colocó en forma horizontal y lo llenó con trozos de corcho o polvillo de esporas del helecho Lycopodium.
Luego cerró un extremo con un émbolo y en el otro puso una membrana flexible, a la cual adosó una fuente de sonido. Al hacerlo observó cómo el polvillo de esporas se agrupaba en los nodos de la onda estacionaria que se forma dentro del tubo y puede medirse entonces la longitud de onda.
Cambiando la posición del émbolo pueden visualizarse los patrones correspondientes a los diferentes modos de vibración, para una fuente de sonido dada.
El tubo de Kundt es muy útil para medir la velocidad del sonido en diferentes gases y a distintas temperaturas y es indudable que Heinrich Rubens se inspiró en este trabajo para crear su famoso tubo.
- Acústica Web. El tubo de Rubens. Recobrado de acusticaweb.com
- El tao de la física. Flamas en un tubo acústico. Recobrado de: vicente1064.blogspot.com
- Maciel, T. The Flaming Oscilloscope: The Physics of Rubens’ Flame Tube. Recobrado de: physicsbuzz.physicscentral.com.
- Sound and Waves Demonstration with a Rubens’ Tube. Recobrado de: people.physics.tamu.edu.
- Wikipedia. Heinrich Rubens. Recobrado de: wikipedia.com
- Wikipedia. Tubo de Rubens. Recobrado de: wikipedia.com.