EL TUBO O RUBENS

He aquí la descripción de nuestro primer proyecto. 

Al menos eso pensamos cuando en el segundo trimestre comenzamos a trabajar con el comportamiento de las ondas en clases de proyecto integrado.

Este proyecto consiste en el tubo de rubens, cuya explicación detallamos a continuación.

Historia

John Le Conte en 1858 descubrió que las llamas fueron sensibles al sonido. En 1862 Rudolph Koenig puso de manifiesto que la altura de la llama podría verse afectado por la transmisión de sonido en el suministro de gas, y el cambio a medida que pasa el tiempo se pudo mostrar con espejos en rotación. August Kundt , en 1866, demostró una acústica onda estacionaria mediante la colocación de semillas de licopodio o corcho polvo en un tubo. Cuando un sonido se presentó en el tubo, el material del interior se alinearon en los nodos y los vientres de acuerdo con la oscilación de la onda, creando una onda estacionaria. Más tarde ese mismo siglo, Behn mostraron que pequeñas llamas podrían utilizarse como indicadores sensibles de presión. Por último, en 1904, utilizando estos dos descubrimientos importantes, Heinrich Rubens , a quien se nombra después de esta experiencia, tomó un metro de largo tubo de 4 y perforado 200 agujeros pequeños en ella en intervalos de 2 centímetros, y lo llenó de un gas inflamable. Después de encender el gas (cuyas llamas se levantaron todos a igual altura de cerca), señaló que un sonido que se produce en un extremo del tubo crearía una onda estacionaria, lo que equivale a la longitud de onda del sonido que se está hecho. Krigar-Menzel ayudó a Rubens con la teoría

Funcionamiento

El sonido es una perturbación que hacemos a un determinado medio físico (como aire, agua, metal, etc.) de tal modo que lo que producimos en él es una onda mecánica de naturaleza longitudinal. En el caso del aire son las partículas que lo componen las que vibran, y la frecuencia y amplitud de esta vibración dependerán de la fuente sonora que las está produciendo. Así por ejemplo cuando tocamos la cuerda de una guitarra, ésta comienza a vibrar y es esa vibración la que perturba el medio que lo rodea (aire en este caso). Entonces la cuerda vibrante perturba a las moléculas de gas que están a su alrededor, haciéndolas oscilar con la misma. En otras palabras, lo que hace la cuerda es modificar la densidad del aire, lo hace oscilar, y esta perturbación se transmite como una onda longitudinal por todo su rededor, provocando que la concentración de partículas gaseosas varíe en el tiempo mientras pasa por ahí la onda sonora.

Cuando comienza a salir sonido por el altavoz, lo que está ocurriendo es que es el altavoz mismo el que esta vibrando, transmitiendo así esa perturbación a través del aire, hasta que ésta llega a la membrana que se encuentra en uno de los extremos del tubo. Así la oscilación del altavoz que es transmitida al aire y luego a la membrana de látex, siendo esta última, a raíz de su vibración, la que transmite la oscilación al gas del tubo, dicha perturbación genera diferencias de presión al interior del tubo. En efecto, habrá zonas donde haya mayor concentración de partículas de gas, lo que se traduce en mayor presión del gas en ese sector; asimismo habrá zonas con menor concentración de partículas de gas haciendo que en esos lugares la presión del gas sea menor. El que haya diferencias de presión al interior del tubo genera que el gas saldrá con mayor densidad por aquellos orificios en donde la presión sea alta, y al contrario en sectores donde la presión sea baja. De este modo, las llamas de fuego son más grandes en los sectores del tubo donde hay mayor presión de gas.

El experimento entonces consiste en enviar una onda sonora sinusoidal con una frecuencia constante, es decir, un tono dado. Una vez la onda perturba la membrana, ésta a su vez altera el gas de tal modo que lo hace oscilar estacionariamente. Esto ocurre porque una vez que la membrana envía ondas longitudinales usando el gas del tubo como medio, estas se reflejan cuando llegan al otro extremo rígido del tubo, como la frecuencia, longitud y amplitud de la onda es constante, se produce una interferencia al interior del tubo entre las ondas salientes (de la membrana de látex) y las reflejadas (del extremo rígido), produciéndose así puntos donde la interferencia es destructiva (nodos) y puntos donde la interferencia es constructiva (antinodos).

Así en el extremo debe de producirse un nodo, habrá cierto punto del tubo donde no se escuche nada, por la interferencia entre ondas enviada y reflejada. Éste punto o puntos, si hay varios, son nuestros mínimos aparentes, y la distancia de éstos al extremo del tubo deben cumplir que:

d = (2n+1) * λ/4

En estos últimos puntos es donde la amplitud de la onda es más grande y eso se observa  claramente en la forma de las llamas. Entonces, lo que observaremos en el experimento es que a medida que cambiamos la frecuencia de la señal que enviamos por el altavoz, cambiará también la longitud de las ondas estacionarias que se forman en el interior del tubo. Así, a medida que más incrementamos la frecuencia de la señal, más vientres de fuego vamos a ver en el tubo, es decir, mientras mayor es la frecuencia más pequeña es su longitud de onda. En resumen, lo que está ocurriendo mientras el gas se comporta estacionariamente es que habrá sectores, claramente definidos, donde la concentración de partículas, y con ello la presión del gas, será mayor. Así también la amplitud de la llama será mayor.

Aunque al primcipio nuestro mayor temor fue que el experimento acabase... 

Al final no pudo ser, y aunque queremos dejar claro que nosotros estamos aquí para ver cosas que explotan, todo salió bien (bueno... dentro de la normalidad). Así que otra vez será. Sí seguís nuestro blog, tranquilos, tarde o temprano pasará y lo colgaremos.