tubo de Rubens
Un tubo de Rubens , también conocido como tubo de llama de onda estacionaria , o simplemente tubo de llama , es un aparato de física antiguo para demostrar ondas estacionarias acústicas en un tubo. Inventado por el físico alemán Heinrich Rubens en 1905, muestra gráficamente la relación entre las ondas sonoras y la presión sonora , como un osciloscopio primitivo . Hoy en día, se usa solo ocasionalmente, generalmente como una demostración en la educación física.
Se perfora un tramo de tubería a lo largo de la parte superior y se sella en ambos extremos: un sello se une a un pequeño altavoz o generador de frecuencia, el otro a un suministro de gas inflamable (tanque de propano). La tubería se llena con el gas y se enciende el gas que se escapa de las perforaciones. Si se utiliza una frecuencia constante adecuada, se puede formar una onda estacionaria dentro del tubo. Cuando se enciende el altavoz, la onda estacionaria creará puntos con presión oscilante (más alta y más baja) y puntos con presión constante (nodos de presión) a lo largo del tubo. Donde hay presión oscilante debido a las ondas de sonido, escapará menos gas de las perforaciones en el tubo y las llamas serán más bajas en esos puntos. En los nodos de presión, las llamas son más altas. Al final del tubo, la velocidad de la molécula de gas es cero y la presión oscilante es máxima,así se observan llamas bajas. Es posible determinar la longitud de onda a partir del mínimo y máximo de la llama simplemente midiendo con una regla.
Dado que la presión promediada en el tiempo es igual en todos los puntos del tubo, no es sencillo explicar las diferentes alturas de llama. La altura de la llama es proporcional al flujo de gas como se muestra en la figura. Basado en el principio de Bernoulli , el flujo de gas es proporcional a la raíz cuadrada de la diferencia de presión entre el interior y el exterior del tubo. Esto se muestra en la figura de un tubo sin onda de sonido estacionaria. Según este argumento, la altura de la llama depende de forma no lineal de la presión local dependiente del tiempo. El promedio de tiempo del flujo se reduce en los puntos con presión oscilante y por lo tanto las llamas son más bajas. [1]
Heinrich Rubens fue un físico alemán nacido en 1865. Aunque trabajó con físicos mejor recordados como Max Planck en la Universidad de Berlín en algunos de los trabajos preliminares de la física cuántica, es más conocido por su tubo de llama, que se demostró en 1905. Este tubo original de Rubens era una sección de tubería de cuatro metros con aproximadamente 100 orificios de 2 mm de diámetro espaciados uniformemente a lo largo de su longitud. [2]
Cuando los extremos de la tubería están sellados y se bombea un gas inflamable al dispositivo, el gas que escapa puede encenderse para formar una fila de llamas de aproximadamente el mismo tamaño. Cuando se aplica sonido desde un extremo por medio de un altavoz, la presión interna cambiará a lo largo del tubo. Si el sonido tiene una frecuencia que produce ondas estacionarias, la longitud de onda será visible en la serie de llamas, con las llamas más altas ocurriendo en los nodos de presión y las llamas más bajas ocurriendo en los antinodos de presión. Los antinodos de presión corresponden a las ubicaciones con mayor grado de compresión y rarefacción . [3]
Un tubo de Rubens estuvo en exhibición en The Exploratory en Bristol, Inglaterra, hasta que cerró en 1999. Una exhibición similar que usa perlas de poliestireno en lugar de llamas se presentó en el centro de ciencias de At-Bristol hasta 2009. [4] Los estudiantes hacen modelos del tubo de rubens en la exposición de ciencias de su escuela.
