(عکس) لوله روبنس؛ کشف جالب فیزیک‌دان آلمانی

لوله روبنس (Rubens tube) که به نام لوله شعله و لوله شعله موج ایستاده نیز شناخته می‌شود، دستگاهی برای نمایش این است که امواج صوتی اصولا امواج فشاری هستند. لوله روبنس را می‌توان یک نسخه قدیمی از دستگاه اُسیلوسکوپ (نوسانگر) در نظر گرفت که با کمک شعله‌های آتش، ارتباط بین امواج صوتی و فشار صوتی را نشان می‌دهد.

تاریخچه

به گزارش عصر ایران، لوله روبنس در سال ۱۹۰۵ توسط فیزکدانی آلمانی به نام هاینریش روبنس (Heinrich Rubens) اختراع شد. روبنس استاد دانشگاه برلین بود و قصد داشت امکان استفاده از آتش به عنوان ابزاری برای مرئی ساختن امواج صوتی را بررسی کند.

دستگاه اصلی شامل لوله‌ای چهار متری با ۲۰۰ سوراخ با قطر مساوی می‌شد که این سوراخ‌ها به طور یکنواخت در طول لوله ایجاد شده بودند. دو انتهای لوله مهر و موم شده بود و گازی قابل اشتعال به درون آن پمپ می‌شد. با توجه به این که راه فراری دیگری وجود نداشت، گاز از سوراخ‌های موجود در لوله خارج می‌شد و با مشتعل کردن آن شعله‌هایی با ارتفاع مساوی شکل می‌گرفت.

سپس یک بلندگو به یک انتهای دستگاه متصل می‌شد و با پخش صدا ارتفاع شعله‌ها تغییر می‌کرد که نشان دهنده اختلاف فشار در لوله به دلیل امواج صوتی بود.

چگونه کار می‌کند

بر اساس علم فیزیک، صدا‌هایی که می‌شنویم، ارتعاشات شنیداری هستند که برای حرکت به یک واسطه یا ماده نیاز دارند. در لوله روبنس، امواج صوتی که به عنوان نمونه از موسیقی می‌شنویم، از طریق گاز قابل اشتعال درون لوله حرکت می‌کنند.

زمانی که گاز قابل اشتعال را درون لوله مهر و موم شده پمپ کرده و گاز خروجی از سوراخ‌ها را مشتعل می‌کنیم، شعله‌های معمولی با اندازه یکسان را مشاهده می‌کنیم. اگرچه این شعله‌ها سوسو می‌زنند و به آرامی حرکت می‌کنند، اما تفاوت چشمگیری با هم ندارند.

همانطور که صدا در طول لوله حرکت می‌کند، مناطق فشار موضعی ایجاد می‌شوند. در مناطق پر فشار، گاز با سرعت بیشتری خارج شده و ارتفاع شعله‌ها بلندتر و در مناطق کم فشار شرایط برعکس است. این مناطق پر و کم فشار توسط امواج صوتی که از طریق گاز حرکت می‌کنند، شکل می‌گیرند. این همان چیزی است که الگوی ارتفاع شعله‌ها و موج صوتی مرئی در قالب شعله‌های آتش را ایجاد می‌کند.