鲁本斯管：历史，材料，操作 - 科学

的鲁管是由具有在一端处的扬声器和穿孔的一排，通过该可燃性气体出来，其点燃以产生火焰小的管的装置。

这种设计可以可视化扬声器产生的电子管内的声波。毫无疑问，它表明声音是压力波，因为通过孔口流出的可燃气体的流量与该气体的局部压力成比例。

图1. Rubens管。资料来源：Wikimedia Commons

图1显示了点燃的鲁本斯管，可以看出火焰的高度遵循波型，而波型恰好是声音的波型。

鲁本斯管以其创造者海因里希·利奥波德·鲁本斯（Heinrich Leopold Rubens（1865-1922））的名字命名，他是德国著名的物理学家和工程师。他的主要研究领域是红外电磁辐射的研究，他的研究对于黑体辐射理论的发展具有决定性意义，后来该理论发展为量子物理学。

1904年，海因里希·鲁本斯（Heinrich Rubens）建造了他著名的管子，最初长4米，顶部有一排200个穿孔，相距2厘米。

材料

-首先，用铅笔或记号笔沿管划一条线。还必须在管子的两端分别留出1厘米和10厘米的横向标记，以打孔。

-使用台式钻头，使用直径1.5毫米的钻头在先前绘制的标记上打孔。

-在软管的一端，放置一根螺纹软管适配器，并用另一只手套的乳胶作为隔膜，将软管的出口覆盖在另一端。用胶带将其牢固地固定，并用放置在胶带上的夹子固定，以免切割膜。

-然后连接气瓶，并在膜的末端放置一个扬声器，该膜又与一个音频放大器连接。该信号可以通过移动设备生成，因为有些应用程序可以生成给定频率的音频信号。

-最后，使用适当的电缆将音频输出连接到放大器。该方案如图2所示。一旦点燃了火焰，您就可以在Rubens管的火焰中看到声音。

-由于要使用煤气和火，因此要采取相关的预防措施，因此必须在通风良好的空间中进行实验，并清除周围所有可燃物体和物质。

-避免草稿。

-请注意不要将设备长时间开机，以免损坏扬声器。

-通过减小光的强度可以最好地观察到波形。

图2. Rubens管方案。资料来源：自制。

当离开孔眼的气体被点燃并且声源靠近膜片施加时，可以看到不同高度的火焰是如何绘制出管内驻波的形状的。

膜片是由放置在膜片旁边的扬声器或喇叭产生的声压脉冲传输到管子内部的，当它们到达另一端时会被反射。

透射波和反射波的叠加会产生压力差，从而产生驻波，其驻波的形状会根据火焰的高度而重现，例如较高的区域（峰值）和火焰几乎无法区分的区域（谷或节点）。

扬声器可以连接至变频波发生器，必须将其设置为适当的频率，以可视化在管内形成的不同驻波模式。

适当的频率取决于管的长度，并且它们必须满足的关系如下：

其中L是长度，n = 1，2，3，4…

扬声器还可以连接到音乐播放器的输出，以通过火焰可视化音乐声。

鲁本斯管是另一种德国物理学家奥古斯特·昆特（August Kundt）创造的Kundt管的一种，他在1866年建造了一个玻璃管，将其水平放置，并用石蒜蕨科的软木塞或孢子粉填充。

然后，他用柱塞将一端封闭，在另一端放上一块柔性膜，并在其上连接声源。在这样做时，他观察到孢子粉如何在管内形成的驻波结点处聚集成团，然后可以测量波长。

通过更改柱塞的位置，可以为给定声源显示与不同振动模式相对应的模式。

Kundt的电子管对于测量不同气体和不同温度下的声速非常有用，很显然，Heinrich Rubens受到了这项工作的启发而创建了他的著名电子管。