Experimento TUBO DE RUBENS

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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.

- Hipótesis

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.

- Marco teórico:

El sonido: Para la física, el sonido implica un fenómeno vinculado a la difusión de una onda de características elásticas que produce una vibración en un cuerpo, aun cuando estas ondas no se escuchen.

El sonido audible para los seres humanos está formado por las variaciones que se producen en la presión del aire, que el oído convierte en ondas mecánicas para que el cerebro pueda percibirlas y procesarlas.

Al propagarse, el sonido transporta energía pero no materia. Las vibraciones se generan en idéntico rumbo en el que se difunde el sonido: puede hablarse, por lo tanto, de ondas longitudinales.

Se ha estimado que el sonido, cuando se registra una temperatura de veinte grados centígrados, alcanza una velocidad en el aire de trescientos cuarenta metros por segundo. Cabe destacar, por lo tanto, que la velocidad que consigue el sonido es superior en los medios sólidos que en los líquidos, y que es mayor en éstos últimos que en los gases.

Se conoce como potencia acústica, por otra parte, a la cantidad energética en forma de ondas que emite una cierta fuente por unidad de tiempo. Esta potencia depende de la amplitud (la variación más grande de desplazamiento del movimiento ondulatorio).

Las cualidades principales del sonido son la altura (grave, agudo o medio, según la frecuencia de las ondas), la duración (el tiempo en el cual se mantiene el sonido), el timbre (su rasgo característico) y la intensidad (la cantidad de energía que contiene).

Grafico N: 1.- Elementos de una onda

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Ondas: Podemos definir la palabra onda como la perturbación que avanza, que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. Cuando estas ondas necesitan de un medio material, se llaman ondas mecánicas. Las ondas electromagnéticas son las que se propagan en el vacío.

El sonido es un tipo de onda mecánica que se propaga únicamente en presencia de un medio material.

Un cuerpo al vibrar genera un movimiento de vaivén (oscilación) a las moléculas de aire que lo rodean, haciendo que la presión del aire se eleve y descienda alternativamente. Los cambios de presión se trasmiten por colisión entre las moléculas de aire y la onda sonora que es capaz de desplazarse hasta nuestros oídos. Las partes de la onda en que la presión aumenta es decir las moléculas se juntan, se llaman compresiones y aquellas en que la presión disminuye y las moléculas se alejan, se llaman enrarecimientos.

Grafico N: 2.- Ondas sonoras

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Ondas Longitudinales: Definimos como la vibración de la onda que es paralela a la dirección de propagación de la propia onda. Estas ondas se deben a las sucesivas compresiones y enrarecimientos, de este tipo son las ondas sonoras. Un resorte que se comprime y estira también da lugar a una onda longitudinal.

Grafico N: 3.- Ilustración onda longitudinal.

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Tubo de Rubens: Es una demostración de la formación de ondas estacionarias. Una onda estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza, con la misma amplitud y frecuencia, que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.

El sonido cuando viaja a través del aire genera diferencias de presión. El tubo de

Rubens nos muestra estas variaciones de presión en forma de onda transversal, visualizándolas a través del gas butano que se hace circular a través de él. El gas tiene zonas en las que la onda es más larga, ya que recibe presión de la onda, y otras zonas donde la onda no presiona y apenas se ve la llama. De este modo el gas reproduce el patrón de la onda estacionaria con sus nodos (puntos de amplitud mínima) y vientres (puntos de amplitud máxima).

La onda estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda (o frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.

Grafico N: 4.- Elementos de una onda estacionaria.

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Grafico N: 5 - Ondas dentro del Tubo de Rubens

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MATERIALES

- Gas propano

- Válvula

- Aparato reproductor de audio

- Guantes de látex

- Bocina

- Tubo galvanizado

- Tapón hembra galvanizado

- Cinta teflón

- Manguera 3/4

- Abrazadera de metal

- Niple ¾

PROCEDIMIENTO

- Realizar los orificios al tubo, para