El Tubo de Rubens

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 partí-

culas 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 construc-80 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

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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 centí-

metros en ambos extremos de tubo sin

perforar.

Luego se pintará el tubo (opcional) utilizando una pintura para altas temperaturas

(puede utilizarse aquí pintura para caños

de escape, para salamandras, etc.), teniendo especial cuidado de no obstruir con ella

ninguno de los agujeros antes practicados.

Para ello se deberá taparlos previamente

con cinta de pintor, que se retirará luego

de la aplicación de las capas de pintura.

En el extremo opuesto al que tiene el

ingreso del gas, el extremo abierto, deberá

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