TUBO DE RUBENS: HISTÓRIA, MATERIAIS, OPERAÇÃO - CIÊNCIA - 2025

O tubo de Rubens é um dispositivo que consiste em um tubo com alto-falante em uma das extremidades e uma fileira de perfurações por onde sai o gás inflamável, que se inflama e produz pequenas chamas.

Este design permite visualizar as ondas sonoras dentro do tubo produzidas pelo alto-falante. E mostra sem dúvida que o som é uma onda de pressão, já que o fluxo de gás inflamável que sai pelos orifícios é proporcional à pressão local do mesmo.

Figura 1. Tubo de Rubens. Fonte: wikimedia commons

A Figura 1 mostra um tubo de Rubens aceso, no qual pode-se observar que a altura das chamas segue um padrão de onda, que é justamente o do som.

O tubo de Rubens recebeu o nome de seu criador - Heinrich Leopold Rubens (1865 - 1922) - que foi um proeminente físico e engenheiro alemão. Seu principal campo de pesquisa foi o estudo da radiação eletromagnética no infravermelho e suas investigações foram decisivas no desenvolvimento das teorias da radiação do corpo negro que mais tarde levaram à física quântica.

Em 1904, Heinrich Rubens construiu seu famoso tubo, originalmente de quatro metros de comprimento com uma fileira de 200 perfurações espaçadas de 2 centímetros no topo.

materiais

-Primeiro, uma linha é traçada ao longo do tubo com um lápis ou marcador. Também é necessário fazer marcas transversais a 1 cm de distância e 10 centímetros de distância das extremidades do tubo, que servem para fazer os furos.

- Com broca de bancada são feitos os furos, com broca de 1,5 mm de diâmetro, nas marcas previamente desenhadas.

- Em uma extremidade do tubo, coloque o adaptador rosca para mangueira e na outra extremidade a saída do tubo é coberta, usando um pedaço de látex da luva como membrana. Este é firmemente fixado com fita adesiva e preso com uma braçadeira que é colocada sobre a fita para que a membrana não seja cortada.

- Em seguida, o cilindro de gás é conectado e um alto-falante é colocado no final da membrana, que por sua vez foi conectado a um amplificador de áudio. O sinal pode ser gerado com o celular, já que existem aplicativos para gerar sinais de áudio em uma determinada frequência.

-Finalmente, a saída de áudio é conectada ao amplificador usando os cabos apropriados. O esquema está na figura 2. Uma vez acesa a chama, você pode visualizar os sons nas chamas do tubo de Rubens.

Precauções

- Tome os devidos cuidados já que se vai trabalhar com gás e fogo, portanto o experimento deve ser realizado em espaços bem ventilados e retirar todos os objetos e substâncias inflamáveis ​​do entorno.

-Evite rascunhos.

-Tome cuidado para não deixar o dispositivo ligado por muito tempo, para evitar danificar o alto-falante.

-O padrão de onda é melhor observado diminuindo a intensidade das luzes.

Figura 2. Esquema do tubo de Rubens. Fonte: self made.

Funcionamento

Quando o gás que sai das perfurações é inflamado e a fonte sonora é aplicada perto da membrana, pode-se ver como as chamas de alturas variáveis ​​desenham a forma da onda estacionária dentro do tubo.

A membrana é o que permite que os pulsos de pressão sonora produzidos pelo alto-falante ou buzina colocado próximo à membrana sejam transmitidos para o interior do tubo, sendo refletidos ao atingir a outra extremidade.

A superposição da onda transmitida e da onda refletida cria diferenças de pressão, produzindo uma onda estacionária cujo padrão é reproduzido pela altura das chamas, como áreas mais altas (picos) e áreas onde a chama mal é distinguível (vales ou nós).

Frequências apropriadas

O alto-falante pode ser conectado a um gerador de ondas de frequência variável que deve ser configurado para as frequências apropriadas para visualizar os diferentes modos de onda estacionária que se formam dentro do tubo.

As frequências apropriadas dependem do comprimento do tubo e a relação que devem cumprir é a seguinte:

Onde L é o comprimento e n = 1, 2, 3, 4…

O alto-falante também pode ser conectado à saída de um reprodutor de música para visualizar o som da música através das chamas.

O tubo de Kundt: predecessor do tubo de Rubens

O tubo de Rubens é uma variante do tubo de Kundt, criado por outro físico alemão chamado August Kundt, que em 1866 construiu um tubo de vidro, colocou-o horizontalmente e o encheu com pedaços de cortiça ou pó de esporos da samambaia Lycopodium.

Em seguida, fechou uma extremidade com um êmbolo e colocou uma membrana flexível na outra, à qual prendeu uma fonte de som. Ao fazer isso, ele observou como a poeira dos esporos se aglomerava nos nós da onda estacionária que se forma dentro do tubo, e o comprimento de onda pode então ser medido.

Ao alterar a posição do êmbolo, os padrões correspondentes aos diferentes modos de vibração podem ser exibidos para uma determinada fonte de som.

O tubo de Kundt é muito útil para medir a velocidade do som em diferentes gases e em diferentes temperaturas, e é claro que Heinrich Rubens se inspirou neste trabalho para criar seu famoso tubo.

Referências

1. Acoustics Web. Tubo de Rubens. Recuperado de acusticaweb.com
2. O tao da física. Chamas em um tubo acústico. Recuperado de: vicente1064.blogspot.com
3. Maciel, T. The Flaming Oscilloscope: The Physics of Rubens 'Flame Tube. Recuperado de: physicsbuzz.physicscentral.com.
4. Demonstração de som e ondas com tubo de Rubens. Obtido em: people.physics.tamu.edu.
5. Wikipedia. Heinrich Rubens. Recuperado de: wikipedia.com
6. Wikipedia. Tubo de Rubens. Recuperado de: wikipedia.com.