Труба Рубенса

Труба Рубенса (англ. Rubens' tube, другие названия: труба стоячей волны, огненная труба) — физический эксперимент по демонстрации стоячей волны, основанный на связи между звуковыми волнами и давлением воздуха (или газа).

Устройство

Отрезок трубы, перфорированный по всей длине. Один конец подключается к маленькому динамику, а второй — к источнику горючего газа (баллону с пропаном). Труба заполнена горючим газом, так что просачивающийся через отверстия газ горит. Если используется постоянная частота, то в пределах трубы может сформироваться стоячая волна. Когда динамик включен, в трубе формируются области повышенного и пониженного давления. Там, где благодаря звуковым волнам находится область повышенного давления, через отверстия просачивается больше газа и высота пламени больше. Благодаря этому можно измерить длину волны просто измеряя рулеткой расстояние между пиками.

История

Измерение длины волны звука, подводимого в трубу

Джон Ле Конт (John Le Conte) открыл чувствительность пламени к звуку в 1858 году. В 1862 году Рудольф Кёниг показал, что высоту пламени можно менять, посылая звук в источник газа, и изменения во времени могут быть отображены при помощи вращающихся зеркал. Август Кундт в 1866 году, продемонстрировал акустические стоячие волны, помещая семена плауна или корковую пыль в трубу. Когда в трубу был запущен звук, то из семян сформировались узлы (точки, где амплитуда минимальна) и пучности (антиузлы - области, где амплитуда максимальна), сформированные стоячей волной. Позже, уже в XX веке, Бен (Behn) показал, что маленькое пламя может служить чувствительным индикатором давления. Наконец, в 1904 году, используя эти два важных эксперимента, Генрих Рубенс, в чью честь назвали этот эксперимент, взял 4-метровую трубу, просверлил в ней 200 маленьких отверстий с шагом 2 см и заполнил её горючим газом. После поджигания пламени (высота огоньков примерно одинакова по всей длине трубы), он заметил, что звук, подведённый к концу трубы, создаёт стоячую волну с длиной волны, эквивалентной длине волны подводимого звука.^[1]^[2]^[3]^[4]^[5]. Кригар-Менцель (O. Krigar-Menzel) помогал Рубенсу с теоретической стороной явления.

Публичные демонстрации

Труба Рубенса демонстрировалась в The Exploratory в Бристоле, Англия, вплоть до закрытия в 1999 году. Экспонат перемещен в музей @-Bristol^[6]. Этот опыт демонстрируется на кафедрах физики во множестве университетов^[7].

См. также

Труба Кундта

Примечания

↑ Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Nr.24 (30 Dec 1904) pp. 351 Архивная копия от 21 мая 2011 на Wayback Machine, 352 Архивная копия от 21 мая 2011 на Wayback Machine, 353 Архивная копия от 21 мая 2011 на Wayback Machine, 354 «Stehende Schallwellen durch Manometerflammen, (Demonstrated by Heinrich Rubens, December, 8th 1904)» via instructables (недоступная ссылка)
↑ Annalen der Physik, vol. 322, Issue 6, pp.149-164 Flammenröhre für akustische Beobachtungen (недоступная ссылка), H. Rubens, O. Krigar-Menzel (1905)
↑ Philosophical Transactions of the Royal Society of London. «Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character», Vol. 230, pp. 413—445 (1932)
↑ The Flame Tube - ENGLISH TRANSLATION (неопр.). Дата обращения: 8 ноября 2006. Архивировано из оригинала 5 ноября 2007 года.
↑ Luehrs Waterwave Englisch (.doc format) (неопр.). Дата обращения: 8 ноября 2006. Архивировано 24 июля 2004 года.
↑ The Exploratory - Exhibits (неопр.). Дата обращения: 6 ноября 2006. Архивировано 12 марта 2012 года.
↑ Oscillation & Waves (неопр.). Дата обращения: 8 ноября 2006. Архивировано из оригинала 18 сентября 2004 года.

Ссылки

Detailed Video including sound board and microphone.
Experiment notes, video & detailed analysis
Flame tube setup and explanation of effects
Brief setup guide
Classroom setup guide
Information on Rubens' original design (in .doc format)
Image showing setup
General information
Experiment setup, under «Links» heading & very nice photo illustrating this experiment
[1], home video showing various tones and music being played (2:51)
[2], Ruben’s Tube performance by Alyce Santoro
[3], Эксперимент с трубой Рубенса (русские субтитры)

[1] Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Nr.24 (30 Dec 1904) pp. 351 Архивная копия от 21 мая 2011 на Wayback Machine, 352 Архивная копия от 21 мая 2011 на Wayback Machine, 353 Архивная копия от 21 мая 2011 на Wayback Machine, 354 «Stehende Schallwellen durch Manometerflammen, (Demonstrated by Heinrich Rubens, December, 8th 1904)» via instructables (недоступная ссылка)

[2] Annalen der Physik, vol. 322, Issue 6, pp.149-164 Flammenröhre für akustische Beobachtungen (недоступная ссылка), H. Rubens, O. Krigar-Menzel (1905)

[3] Philosophical Transactions of the Royal Society of London. «Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character», Vol. 230, pp. 413—445 (1932)

[4] The Flame Tube - ENGLISH TRANSLATION (неопр.). Дата обращения: 8 ноября 2006. Архивировано из оригинала 5 ноября 2007 года.

[5] Luehrs Waterwave Englisch (.doc format) (неопр.). Дата обращения: 8 ноября 2006. Архивировано 24 июля 2004 года.

[6] The Exploratory - Exhibits (неопр.). Дата обращения: 6 ноября 2006. Архивировано 12 марта 2012 года.

[7] Oscillation & Waves (неопр.). Дата обращения: 8 ноября 2006. Архивировано из оригинала 18 сентября 2004 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]