ỐNG RUBENS: LỊCH SỬ, VẬT LIỆU, HOẠT ĐỘNG - KHOA HỌC - 2026

Các ống Rubens là một thiết bị bao gồm một ống với một loa ở một đầu và một dãy thủng qua đó gas dễ cháy đi ra, mà đốt cháy để tạo ra ngọn lửa nhỏ.

Thiết kế này giúp bạn có thể hình dung được sóng âm trong ống do loa tạo ra. Và nó cho thấy chắc chắn rằng âm thanh là một sóng áp suất, vì dòng khí dễ cháy đi ra qua các lỗ tỷ lệ với áp suất cục bộ của cùng một áp suất.

Hình 1. Ống Rubens. Nguồn: wikimedia commons

Hình 1 cho thấy một ống Rubens thắp sáng, trong đó có thể thấy rằng chiều cao của ngọn lửa tuân theo một dạng sóng, chính xác là của âm thanh.

Ống Rubens được đặt theo tên người tạo ra nó - Heinrich Leopold Rubens (1865 - 1922) - là một nhà vật lý và kỹ sư nổi tiếng người Đức. Lĩnh vực nghiên cứu chính của ông là nghiên cứu bức xạ điện từ trong vùng hồng ngoại và các cuộc điều tra của ông có ý nghĩa quyết định trong việc phát triển các lý thuyết về bức xạ vật đen mà sau này dẫn đến vật lý lượng tử.

Vào năm 1904, Heinrich Rubens đã chế tạo chiếc ống nổi tiếng của mình, ban đầu dài 4 mét với một hàng 200 lỗ đục cách nhau 2 cm trên đỉnh.

nguyên vật liệu

-Đầu tiên, một đường kẻ dọc theo ống bằng bút chì hoặc bút dạ. Cũng cần làm các dấu ngang cách đầu ống 1 cm và 10 cm dùng để khoan lỗ.

-Với máy khoan để bàn, các lỗ được tạo, sử dụng mũi khoan có đường kính 1,5 mm, theo các dấu đã vẽ trước đó.

- Ở một đầu của ống, người ta đặt bộ chuyển đổi từ chỉ đến ống và bịt đầu ra của ống, đầu kia dùng một miếng mủ của găng tay làm màng. Điều này được cố định chặt chẽ bằng băng che và được giữ chặt bằng một kẹp được đặt trên băng để màng không bị cắt.

- Sau đó, bình khí được kết nối và một loa được đặt ở cuối màng, đến lượt nó đã được kết nối với bộ khuếch đại âm thanh. Tín hiệu có thể được tạo bằng điện thoại di động, vì có các ứng dụng tạo tín hiệu âm thanh ở một tần số nhất định.

-Cuối cùng, đầu ra âm thanh được kết nối với bộ khuếch đại bằng các loại cáp thích hợp. Sơ đồ ở hình 2. Sau khi ngọn lửa được thắp sáng, bạn có thể hình dung những âm thanh trong ngọn lửa của ống Rubens.

Các biện pháp phòng ngừa

- Thực hiện các biện pháp phòng ngừa thích hợp vì bạn sẽ làm việc với khí và lửa, vì vậy thí nghiệm phải được thực hiện trong không gian thông gió tốt và loại bỏ tất cả các vật và chất dễ cháy ra khỏi xung quanh.

-Tránh bản nháp.

-Chú ý không để máy quá lâu, tránh làm hỏng loa.

- Dạng sóng được quan sát tốt nhất bằng cách giảm cường độ của đèn.

Hình 2. Sơ đồ ống Rubens. Nguồn: tự làm.

Chức năng

Khi khí thoát ra từ lỗ thủng được đánh lửa và nguồn âm áp sát màng, có thể thấy ngọn lửa có độ cao thay đổi vẽ hình dạng của sóng dừng bên trong ống như thế nào.

Màng là thứ cho phép các xung áp suất âm thanh được tạo ra bởi loa hoặc còi đặt bên cạnh màng được truyền đến bên trong ống, các xung này sẽ bị phản xạ khi chúng đến đầu kia.

Sự chồng chất của sóng truyền qua và sóng phản xạ tạo ra chênh lệch áp suất, tạo ra sóng dừng có dạng sóng được tái tạo theo chiều cao của ngọn lửa, chẳng hạn như các khu vực cao hơn (đỉnh) và các khu vực mà ngọn lửa hầu như không thể phân biệt được (thung lũng hoặc điểm giao).

Tần số thích hợp

Loa có thể được kết nối với một máy phát sóng tần số thay đổi phải được đặt ở các tần số thích hợp để hình dung các chế độ sóng dừng khác nhau hình thành bên trong ống.

Các tần số thích hợp phụ thuộc vào chiều dài của ống và mối quan hệ giữa chúng phải đáp ứng như sau:

Trong đó L là độ dài và n = 1, 2, 3, 4 …

Loa cũng có thể được kết nối với đầu ra của máy nghe nhạc để hình dung âm thanh của âm nhạc qua ngọn lửa.

Ống Kundt: tiền thân của ống Rubens

Ống Rubens là một biến thể của ống Kundt, được tạo ra bởi một nhà vật lý người Đức khác tên là August Kundt, người này vào năm 1866 đã chế tạo một ống thủy tinh, đặt nó nằm ngang, và đổ đầy các mảnh nút chai hoặc bụi bào tử từ cây dương xỉ Lycopodium.

Sau đó, anh ta đóng một đầu bằng một pít-tông và đặt một màng linh hoạt vào đầu kia để gắn một nguồn âm vào đó. Khi làm như vậy, ông đã quan sát cách bụi bào tử tụ lại với nhau tại các nút của sóng dừng hình thành bên trong ống và sau đó có thể đo được bước sóng.

Bằng cách thay đổi vị trí của pít tông, các mẫu tương ứng với các chế độ rung khác nhau có thể được hiển thị cho một nguồn âm thanh nhất định.

Ống của Kundt rất hữu ích để đo tốc độ âm thanh trong các chất khí khác nhau và ở các nhiệt độ khác nhau, và rõ ràng Heinrich Rubens đã lấy cảm hứng từ công việc này để tạo ra chiếc ống nổi tiếng của mình.

Người giới thiệu

1. Web âm học. Ống Rubens. Được khôi phục từ acusticaweb.com
2. Cơ cấu của vật lý. Ngọn lửa trong ống âm. Được khôi phục từ: vicente1064.blogspot.com
3. Maciel, T. The Flaming Oscilloscope: The Physics of Rubens 'Flame Tube. Được khôi phục từ: Physicsbuzz.physicscentral.com.
4. Trình diễn Âm thanh và Sóng bằng Ống Rubens. Lấy từ: people.physics.tamu.edu.
5. Wikipedia. Heinrich Rubens. Khôi phục từ: wikipedia.com
6. Wikipedia. Ống Rubens. Được khôi phục từ: wikipedia.com.