Treballs premiats

El tub de Rubens: so i foc

El tub de Rubens: so i foc

Detall

Àmbit temàtic: FÍSICA
Edició: Premiats 2018

Centre: Institut de L’Arboç, L’Arboç

Autor: Francesc Xavier Capella Guardià

Nivell educatiu: Segon de batxillerat

Tutora: Sonia Pérez Méndez


Compartiu aquest projecte

Objectius

Els objectius principals de la recerca van ser:

· Reproduir un experiment històric amb la tecnologia actual com són programes d’ordinador i aplicacions del mòbil.

· Visualitzar el perfil de les ones estacionàries sonores que es formen a l’interior del tub.

· Entendre per què es formen i així demostrar que la propagació del so són variacions de pressió alternades que es produeixen en el medi.

· Determinar les longituds d’ona de les ones estacionàries formades en funció de la freqüència, i veure que aquestes magnituds són inversament proporcionals.

· Determinar la velocitat de propagació del so dins del medi.

· Estudiar si el tub es comporta com un tub obert pels dos extrems, obert per un extrem o tancat pels dos extrems.

· Estudiar les qualitats dels so (intensitat, to i timbre) amb un tub de Rubens.

Metodologia

Primerament, es va construir el tub de Rubens. Consta d’un tub llarg de coure tapat per un extrem i amb l’altre obert. En aquest, hi ha una membrana elàstica i al seu costat, un altaveu. El tub té foradets de 0,8 mm separats per 1,5 cm. El tub té una forat lateral per on entra el gas que l’omple. Aquest gas surt pels forats i s’encén, cosa que produeix flames. Quan l’altaveu emet música, les flames reprodueixen els perfils d’ona. A partir d’aquí, es van dissenyar els diferents experiments que es compaginaven amb la recerca bibliogràfica i l’escriptura de la memòria.

El primer experiment que es va fer va consistir en determinar la velocitat del so gràcies al perfil d’ona que descrivien les flames del tub en emetre una freqüència determinada. Després, en comprovar que la velocitat no s’ajustava a la velocitat de propagació del so en el butà a la temperatura de l’interior del tub,es va determinar la proporció de gasos que formaven el medi de propagadoció. Per entendre el comportament del tub, vam reproduir freqüències de 10 en 10 Hz  des de 200 fins a 1000 per veure com es representaven. A continuació, es va estudiar com es representaven les qualitats del so al tub. Tot seguit, es va fer una cançó amb freqüències que es representaven molt bé. Finalment, es van buscar freqüències de ressonància.

Conclusions

Les conclusions principals d’aquest treball són:

  • El tub construït ha funcionat correctament ja que permet visualitzar les ones estacionàries a través dels perfils de les flames.
  • El medi on es propaga el so en totes les experiències no és butà sinó una mescla de butà i aire que manté la seva proporció en els experiments realitzats seguidament.
  • Les experiències realitzades han permés conèixer el comportament del tub, en concret veure que les flames es poden desestabilitzar si el cabdal de butà no era el correcte per la intensitat o el to del so emès, que algunes freqüències mostraven perfils més ben definits que altres i que la proporció de gas no es mantenia en períodes diferents.
  • Les qualitats del so es representen de la següent manera al tub: del timbre només s’observa l’harmònic principal, del to que les flames més agudes no es visualitzen gaire bé i de la intensitat que va lligada a l’altura que pren una flama.
  • En buscar les freqüències de ressonància experimentalment s’han trobat freqüències que s’ajusten tant a les fórmules físiques que responen a si un tub és obert o tancat pels dos extrems o obert per un extrem. Aquest fet conclou que el tub no respon a un cànon d’adaptació i que totes les freqüències són considerades de ressonància, ja que totes es representen. Per tant, el tub té una dualitat de comportament.