ルーベンスチューブは小さな炎を生成するために点火可燃性ガスが出てくるそれを通して一方の端部にスピーカ及び穿孔の列を有するチューブ、から成る装置です。
この設計により、スピーカーによって生成されるチューブ内の音波を視覚化することができます。そして、それは、音が圧力波であることを間違いなく示しています。なぜなら、オリフィスを通って出てくる可燃性ガスの流れは、その局部的な圧力に比例しているからです。
図1.ルーベンスチューブ。ソース：ウィキメディアコモンズ
図1は、火のついたルーベンス管を示しています。炎の高さは、正確に音の高さである波のパターンに従っていることがわかります。
ルーベンスチューブは、その著名なドイツの物理学者でありエンジニアであったハインリッヒレオポルドルーベンス（1865-1922）にちなんで名付けられました。彼の主な研究分野は赤外線の電磁放射の研究であり、彼の調査は、後に量子物理学につながった黒体放射の理論の発展を決定づけました。
1904年、ハインリッヒルーベンスは有名なチューブを作成しました。最初は4メートルの長さで、上部に2センチ離れた200の穴が並んでいます。
材料
-まず、鉛筆またはマーカーでチューブに沿って線を描きます。また、チューブの端から1 cm離れて10センチ離れた横マークを作成する必要があります。これは、穴をあけるのに役立ちます。
-ベンチドリルを使用して、以前に描いたマークに直径1.5 mmのドリルを使用して穴を開けます。
-チューブの一方の端に、ねじとホースのアダプターを配置し、手袋のラテックスをメンブレンとして使用して、チューブの出口をもう一方の端で覆います。これはマスキングテープでしっかりと固定され、膜が切断されないようにテープの上に配置されたクランプで固定されています。
-次に、ガスボンベを接続し、スピーカーをメンブレンの端に配置します。メンブレンはオーディオアンプに接続されています。特定の周波数でオーディオ信号を生成するアプリがあるため、信号はモバイルで生成できます。
-最後に、オーディオ出力は適切なケーブルを使用してアンプに接続されます。スキームを図2に示します。炎が点火すると、ルーベンスチューブの炎の音を視覚化できます。
予防
-ガスと火で作業するので、適切な予防策を講じてください。実験は換気の良い場所で行い、周囲から可燃性の物体や物質をすべて取り除く必要があります。
-下書きは避けてください。
-スピーカーを損傷しないように、デバイスを長時間オンにしないように注意してください。
-波のパターンは、ライトの強度を下げることで最もよく観察されます。
図2.ルーベンスチューブスキーム。出典：自作。
機能している
パーフォレーションから出るガスが点火され、音源が膜の近くに適用されると、さまざまな高さの炎がチューブ内部の定在波の形状をどのように描くかがわかります。
メンブレンは、メンブレンの隣に配置されたスピーカーまたはホーンによって生成された音圧パルスがチューブの内部に送信され、他端に到達すると反射されるようにするものです。
透過波と反射波の重ね合わせによって圧力差が生じ、定在波が生成されます。定在波は、炎の高さ（ピーク）や炎がほとんど識別できない領域（谷やノード）。
適切な周波数
スピーカーは、可変周波数波発生器に接続できます。可変波発生器は、適切な周波数に設定して、チューブ内で形成されるさまざまな定在波モードを視覚化する必要があります。
適切な周波数は、チューブの長さと、それらが満たす必要がある関係によって異なります。
ここで、Lは長さで、n = 1、2、3、4 …
スピーカーを音楽プレーヤーの出力に接続して、炎を通して音楽の音を視覚化することもできます。
クント管：ルーベンス管の前身
ルーベンスチューブは、別のドイツの物理学者、アウグストクントによって作成されたクントチューブの変種で、1866年にガラスチューブを作り、それを水平に置き、ヒガンバナからのコルクや胞子の粉を入れました。
それから彼は片方の端をプランジャーで閉じ、もう片方に柔軟な膜を置き、それに音源を取り付けました。そうすることで、チューブ内に形成される定在波のノードで胞子のダストがどのように凝集するかを観察し、波長を測定できるようになりました。
プランジャーの位置を変更することにより、特定の音源について、さまざまな振動モードに対応するパターンを表示できます。
クントの管は、さまざまなガスや温度で音速を測定するのに非常に役立ちます。ハインリッヒルーベンスがこの作品に触発されて有名な管を作成したことは明らかです。
参考文献
- 音響ウェブ。ルーベンス管。acusticaweb.comから復元
- 物理学のタオ。音響管内の炎。復元：vicente1064.blogspot.com
- Maciel、T。Flaming Oscilloscope：The Physics of Rubens 'Flame Tube。から回復：physicsbuzz.physicscentral.com。
- ルーベンスの管による音と波のデモンストレーション。取得元：people.physics.tamu.edu。
- ウィキペディア。ハインリッヒルーベンス。回復元：wikipedia.com
- ウィキペディア。ルーベンス管。から回復：wikipedia.com。