Tubo De Rubens

PROPUESTAS

Revista de Enseñanza de la Física. Vol. 25, Nº 1-2, 2012, pp. 79-87

Equipamiento de laboratorio de bajo costo: “Tubo de Rubens”

Federico Prandi – Guillermo Wurm

Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales. Universidad Nacional de Misiones.

guillermow77@gmail.com

El Tubo de Rubens es un dispositivo que posibilita realizar experiencias de acústica en ámbitos educativos.

Con ellas se puede modelizar al sonido como un producto de variaciones de presión que se transmiten en

un medio material y poner en evidencia las perturbaciones mecánicas del espacio durante la manifestación

de distintos sonidos.

En este trabajo se describe la construcción del equipo utilizando insumos de bajo costo. Se detallan cuestiones

referidas a los materiales a emplear y los cuidados necesarios a tener en cuenta durante su fabricación.

Se describen también los fundamentos físicos de su funcionamiento y algunos posibles usos del instrumento

didáctico.

Palabras claves: sonido, ondas sonoras, ondas estacionarias, equipo de laboratorio.

The Ruben’s Tube is a device that allows to perform acoustic experiences in educational settings. With

them, sound can be modeled as a product of pressure variations that are transmitted in a material medium

and highlight mechanical perturbations of space during the manifestation of different sounds. This paper

describes the construction of the equipment using low-cost inputs. It details issues relating to the materials

used and care necessary to keep in mind during its manufacture. It also describes the physical principles of

operation and some possible uses as educational tool.

Keywords: sound, sound waves, standing waves, laboratory equipment.

Introducción

Ante la necesidad de abordar el eje

temático “ondas sonoras”, se presentan

ciertas dificultades que impiden una clara

apropiación del fenómeno por parte de los

alumnos, que tienden a restringirlas a ondas

transversales y visibles exclusivamente.

Esta dificultad a la que se hace referencia

se debe en parte a la imposibilidad de

visualizar el avance de la onda longitudinal

en el medio, o su sola presencia en él.

Al introducir en la clase el concepto de

onda, por lo general la primera idea que se

suscita en los alumnos es la de una onda

producida por una piedra en un estanque

de agua o las ondas formadas en una cuerda

perturbada, lo cual es un ejemplo de

onda transversal. Esto ya en cierta medida

dificulta la comprensión del fenómeno que

se quiere abordar: una onda longitudinal.

Además, las representaciones de las ondas

longitudinales en los ejes cartesianos, ya

sea como diferencias de presión o de desplazamiento

en función de la posición,

pueden dar nuevamente una clara imagen

de una onda transversal, obstaculizando de

nuevo la interpretación de que la perturbación

se produce aquí en la dirección del

avance de la onda, y no en dirección normal

a ella.

Se torna así un tanto complicada la explicación

de fenómenos tales como la propagación

de la onda en un medio físico (ya

sea si se la considera en términos de presión

o bien de desplazamiento de las partículas

materiales), ondas estacionarias,

frecuencias fundamentales, velocidad de

propagación; entre otros varios temas ligados

a las ondas longitudinales.

El propósito de este trabajo es por un

lado mostrar los elementos de bajo costo y

los cuidados necesarios para la construc80

PRANDI - WURM

ción de un Tubo Rubens, y por otro proponer

algunos ejemplos concretos de experiencias

que pueden realizarse con él en

ámbitos educativos formales.

Se sostiene que un equipo de esta naturaleza,

que pone en evidencia la presencia

de una perturbación en un medio gaseoso,

puede resultar útil no sólo para despertar

el interés de los alumnos, sino fundamentalmente

para subsanar los obstáculos ligados

a las ideas intuitivas subyacentes en

los alumnos acerca de las ondas.

Cabe señalar que el contenido ondas sonoras

se encuentra incluido en el Diseño

Curricular Jurisdiccional del Ciclo Secundario

Orientado, aprobado para Misiones

en el año 2012, en los contenidos de “Física

II”; espacio curricular propio de la

Orientación en Ciencias Naturales. En él

encontramos:

Eje 1:

- Ondas: Portadoras de energía:

Tipos de ondas. Características. Ecuación

de la onda. Propiedades: Reflexión, Refracción,

Difracción. Ppio. de Huygens.

- Acústica:

Ondas Sonoras. Intensidad del sonido.

Características. Timbre. Reflexión y Refracción.

Efecto Doppler”. (Ministerio de

Cultura, Educación, Ciencia y Tecnología,

2012, p.76).

En la próxima sección se muestran los

materiales y los cuidados necesarios para

la construcción del equipo. Seguidamente

se desarrollan los fundamentos teóricos

relacionados con ondas estacionarias longitudinales.

Continuamos con la descripción

de algunas actividades que pueden

realizarse con el equipo. Finalmente se

presenta una breve síntesis.

Construcción del equipo

Para la construcción del equipo, se necesitan

los siguientes materiales mínimos:

• Tubo de metal: de 40 mm a 50 mm de

diámetro y 1,50 m a 1,80 m de longitud.

• Membrana elástica (globo o piñata).

• Mecha de acero de 1 mm.

• Abrazadera.

• Junta aislante (junta de motor, etc.)

• Adhesivo para juntas de motor.

• Tapa metálica.

• Manguera especial para gas con regulador

• Espiga para la entrada del gas

• Garrafa de 3 kg o 10 kg.

• Pintura apta para resistir altas temperaturas

(opcional)

• Altavoz con amplificador.

• PC. y software generador de tonos, o

reproductor de mp3.

Se aclara que no es imperativo contar

con un tubo de las dimensiones que aquí se

exponen, pudiendo variar en su diámetro o

longitud, aunque no se recomiendan longitudes

menores, pues en ese caso no se favorecería

la formación de varios nodos y

antinodos en las ondulaciones formadas a

frecuencias bajas. Incluso puede tratarse

de un caño estructural de sección cuadrada

u otra; no necesariamente debe ser un cilindro.

Una vez que se cuenta con los materiales,

en primer lugar se debe verificar que

el tubo no posea perforaciones o picaduras

debidas al oxido o a golpes. Si tales agujeros

existieren se deberán cerrar completamente

mediante soldadura o adhesivo que

tolere aumentos de temperatura.

Una vez verificado y limpio el tubo, se

le suelda un tapón metálico en uno de los

extremos, en el cual a su vez previamente

se ha practicado un orificio y se ha soldado

una espiga para la conexión de una

manguera de gas, tal como muestra la Figura

1. Aquí el trabajo de soldadura debe

ser tal que las uniones queden perfectas e

impidan así cualquier fuga de gas. Puede

ser necesario en este punto recurrir a un

soldador de experiencia que realice un

trabajo de calidad.

Debemos cerciorarnos cuidadosamente

de que no exista ninguna fuga de gas del

tubo. Una manera de comprobarlo es tapar

EQUIPAMIENTO DE LABORATORIO DE BAJO COSTO…

Revista de Enseñanza de la Física. Vol. 25, Nº 1-2, 2012

81

la espiga con un tapón y llenarlo de agua,

para controlar así que no exista ninguna

pérdida.

En el siguiente paso, se procederá a

marcar el tubo para efectuar las perforaciones

a lo largo del mismo. Se hará una

línea longitudinal, en la cual se marcarán

los puntos donde luego se practicarán los

agujeros con la perforadora. Estos puntos

estarán distanciados unos de otros una

distancia no mayor a 10 milímetros y no

menor a 5 milímetros. Para lograr una

mayor exactitud es preciso marcar con un

punto centro los lugares a perforar. Se

insiste aquí en la importancia de mantener

equidistantes los agujeros; imperfecciones

en este trabajo alterarán el resultado final.

Si bien para efectuar las perforaciones

en el tubo, para la salida del gas, puede

emplearse un taladro común, es mejor utilizar

una perforadora de banco, ya que es

muy importante que las perforaciones sean

paralelas, y estén bien alineadas, para que

luego las llamas sean idénticas y no distorsionen

lo que se pretende mostrar.

Se procede luego a perforar cuidadosamente

para no romper la mecha partiendo

desde el medio hacia los extremos, de manera

que en su conjunto las perforaciones

queden centradas en el tubo. No se debe

llegar con los agujeros hasta los extremos;

dejando aproximadamente 25 a 30 centímetros

en ambos extremos de

...