หลอดรูเบนส์เป็นอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยหลอดกับลำโพงที่ปลายด้านหนึ่งและแถวของปรุผ่านที่ก๊าซไวไฟออกมาซึ่งจี้ใจดำการผลิตเปลวไฟขนาดเล็ก
การออกแบบนี้ทำให้สามารถมองเห็นภาพคลื่นเสียงภายในท่อที่ผลิตโดยลำโพงได้ และแสดงให้เห็นอย่างไม่ต้องสงสัยว่าเสียงเป็นคลื่นความดันเนื่องจากการไหลของก๊าซไวไฟที่ออกมาทางช่องปากเป็นสัดส่วนกับความดันในพื้นที่ที่เท่ากัน
รูปที่ 1. ท่อรูเบนส์ ที่มา: wikimedia commons
รูปที่ 1 แสดงหลอดรูเบนส์ที่มีแสงสว่างซึ่งจะเห็นได้ว่าความสูงของเปลวไฟเป็นไปตามรูปแบบคลื่นซึ่งเป็นเสียงที่แม่นยำ
ท่อ Rubens ได้รับการตั้งชื่อตามผู้สร้าง - Heinrich Leopold Rubens (1865-1922) ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์และวิศวกรชาวเยอรมันที่มีชื่อเสียง งานวิจัยหลักของเขาคือการศึกษาการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในอินฟราเรดและการตรวจสอบของเขามีความสำคัญในการพัฒนาทฤษฎีเกี่ยวกับการแผ่รังสีของร่างกายสีดำซึ่งนำไปสู่ฟิสิกส์ควอนตัมในเวลาต่อมา
ในปีพ. ศ. 2447 Heinrich Rubens ได้สร้างท่อที่มีชื่อเสียงของเขาซึ่งเดิมมีความยาว 4 เมตรโดยมีแถว 200 รูพรุนโดยเว้นระยะห่างกัน 2 เซนติเมตรที่ด้านบน
วัสดุ
- ขั้นแรกให้ลากเส้นไปตามท่อด้วยดินสอหรือเครื่องหมาย นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องทำเครื่องหมายตามขวางให้ห่างกัน 1 ซม. และห่างจากปลายท่อ 10 ซม. ซึ่งใช้เจาะรู
- ด้วยการเจาะแบบตั้งโต๊ะจะทำรูโดยใช้ดอกสว่านขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5 มม. ในรอยที่วาดไว้ก่อนหน้านี้
- ที่ปลายด้านหนึ่งของท่อจะมีการวางอะแดปเตอร์แบบด้ายต่อท่อและปิดช่องทางออกของท่อไว้ที่อีกด้านหนึ่งโดยใช้ยางของถุงมือเป็นเมมเบรน สิ่งนี้ได้รับการแก้ไขอย่างแน่นหนาด้วยเทปกาวและยึดด้วยแคลมป์ที่วางอยู่เหนือเทปเพื่อไม่ให้เมมเบรนถูกตัดออก
- จากนั้นเชื่อมต่อถังแก๊สและวางลำโพงไว้ที่ส่วนท้ายของเมมเบรนซึ่งจะเชื่อมต่อกับเครื่องขยายเสียง สัญญาณสามารถสร้างได้ด้วยมือถือเนื่องจากมีแอปสำหรับสร้างสัญญาณเสียงตามความถี่ที่กำหนด
- สุดท้ายเอาต์พุตเสียงจะเชื่อมต่อกับเครื่องขยายเสียงโดยใช้สายเคเบิลที่เหมาะสม รูปแบบดังกล่าวอยู่ในรูปที่ 2 เมื่อไฟสว่างขึ้นคุณจะเห็นภาพเสียงในเปลวไฟของหลอดรูเบนส์
ข้อควรระวัง
- ใช้ความระมัดระวังที่เกี่ยวข้องเนื่องจากคุณจะทำงานกับแก๊สและไฟดังนั้นการทดลองจะต้องดำเนินการในพื้นที่ที่มีการระบายอากาศดีและนำวัตถุและสารไวไฟทั้งหมดออกจากสภาพแวดล้อม
- หลีกเลี่ยงร่าง
- ระวังอย่าเปิดเครื่องทิ้งไว้นานเกินไปเพื่อไม่ให้ลำโพงเสียหาย
- รูปแบบคลื่นสามารถสังเกตได้ดีที่สุดโดยการลดความเข้มของไฟ
รูปที่ 2 โครงร่างท่อ Rubens ที่มา: self made.
ทำงาน
เมื่อก๊าซที่ออกจากรูพรุนถูกจุดและใช้แหล่งกำเนิดเสียงใกล้กับเมมเบรนจะเห็นได้ว่าเปลวไฟที่มีความสูงต่างกันดึงรูปร่างของคลื่นนิ่งภายในท่ออย่างไร
เมมเบรนเป็นสิ่งที่ช่วยให้พัลส์ความดันเสียงที่ผลิตโดยลำโพงหรือฮอร์นที่วางอยู่ถัดจากเมมเบรนส่งไปยังด้านในของท่อซึ่งจะสะท้อนให้เห็นเมื่อถึงปลายอีกด้านหนึ่ง
การซ้อนทับของคลื่นที่ส่งผ่านและคลื่นสะท้อนจะทำให้เกิดความแตกต่างของความดันทำให้เกิดคลื่นนิ่งที่มีรูปแบบเกิดขึ้นจากความสูงของเปลวไฟเช่นบริเวณที่สูงขึ้น (ยอดเขา) และบริเวณที่เปลวไฟแทบจะไม่สามารถแยกแยะได้ (หุบเขาหรือ โหนด)
ความถี่ที่เหมาะสม
ลำโพงสามารถเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดคลื่นความถี่ผันแปรที่ต้องตั้งค่าความถี่ที่เหมาะสมเพื่อให้เห็นภาพของโหมดคลื่นนิ่งต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นภายในท่อ
ความถี่ที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับความยาวของท่อและความสัมพันธ์ที่ต้องพบมีดังต่อไปนี้:
โดยที่ L คือความยาวและ n = 1, 2, 3, 4 …
ลำโพงยังสามารถเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของเครื่องเล่นเพลงเพื่อให้เห็นภาพของเสียงดนตรีผ่านเปลวไฟ
ท่อ Kundt: รุ่นก่อนของหลอด Rubens
หลอด Rubens เป็นรูปแบบหนึ่งของหลอด Kundt ซึ่งสร้างขึ้นโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันอีกคนหนึ่งชื่อ August Kundt ซึ่งในปีพ. ศ. 2409 ได้สร้างหลอดแก้ววางไว้ในแนวนอนและเติมด้วยเศษไม้ก๊อกหรือฝุ่นสปอร์จากเฟิร์นไลโคโพเดียม
จากนั้นเขาก็ปิดปลายด้านหนึ่งด้วยลูกสูบและใส่เมมเบรนที่ยืดหยุ่นอีกด้านหนึ่งซึ่งเขาแนบแหล่งกำเนิดเสียง ในการทำเช่นนี้เขาสังเกตว่าฝุ่นสปอร์เกาะกลุ่มกันที่โหนดของคลื่นนิ่งที่ก่อตัวภายในท่อและสามารถวัดความยาวคลื่นได้อย่างไร
ด้วยการเปลี่ยนตำแหน่งของลูกสูบรูปแบบที่สอดคล้องกับโหมดการสั่นสะเทือนต่างๆสามารถแสดงสำหรับแหล่งกำเนิดเสียงที่กำหนดได้
ท่อของ Kundt มีประโยชน์อย่างมากในการวัดความเร็วของเสียงในก๊าซที่แตกต่างกันและในอุณหภูมิที่แตกต่างกันและเป็นที่ชัดเจนว่า Heinrich Rubens ได้รับแรงบันดาลใจจากผลงานชิ้นนี้เพื่อสร้างหลอดที่มีชื่อเสียงของเขา
อ้างอิง
- เว็บอะคูสติก หลอดรูเบนส์ กู้คืนจาก acusticaweb.com
- เต่าแห่งฟิสิกส์ เปลวไฟในท่ออะคูสติก สืบค้นจาก: vicente1064.blogspot.com
- Maciel, T. The Flaming Oscilloscope: ฟิสิกส์ของหลอดเปลวไฟของรูเบนส์ สืบค้นจาก: Physicsbuzz.physicscentral.com.
- การสาธิตเสียงและคลื่นด้วยหลอดรูเบนส์ สืบค้นจาก: people.physics.tamu.edu.
- วิกิพีเดีย ไฮน์ริชรูเบนส์ สืบค้นจาก: wikipedia.com
- วิกิพีเดีย หลอดรูเบนส์ สืบค้นจาก: wikipedia.com.