Tubos
cantantes
(Tubo de Rijke*)
Prof.
Luiz Ferraz Netto [Léo]
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Histórico
*Pieter
L. Rijke foi professor de física na
Universidade de Leiden. Em 1859 descobriu um modo de, utilizando calor,
sustentar um som, emitido por um tubo cilíndrico aberto em ambas as
extremidades. Nascem os tubos cantantes; um fenômeno termoacústico.
Objetivo
Eis um conjunto de demonstrações das mais úteis e realizáveis
com material bastante simples. Não só evidencia o comportamento
das ondas estacionárias com o comprimento do tubo, como também
destaca o fenômeno do batimento sonoro.
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Descrição
O aparelho consiste num par de tubos de vidro dotados de
filamentos de fios resistores (aquecedores) dispostos a
cerca de 1/4 do comprimento dos tubos. O fenômeno que se
observa é denominado genericamente de harmônica química.
Os elementos aquecedores elétricos podem ser substituídos
por chamas provenientes de bicos de gás.
Com
as subidas do ar aquecido, ar mais fresco é aspirado pela
parte inferior do tubo, resultando na formação de turbilhões
que dá origem a uma larga faixa de freqüências,
destacando-se dentre elas aquela cujo meio comprimento de
onda (l/2)
é igual ao comprimento do tubo, a qual ressoará
fortemente (há uma pequena correção nesse
'comprimento'). |
O
menor dos tubos pode ser dotado de um tubo de papel adaptado à sua
extremidade superior; esse tubo de papel pode ser deslocado para
cima ou para baixo, dando como conseqüência um aumento ou diminuição
da freqüência de ressonância. Na demonstração dos
batimentos, esse tubo de papel começa todo para baixo e a seguir
é ajustado de modo que o batimento de freqüências seja o fenômeno
em destaque. Conforme esse tubo deslizante sobe, a freqüência de
ressonância abaixa e eventualmente chega-se ao 'batimento zero'
(freqüências exatamente iguais); subindo mais ainda esse tubo
deslizante o fenômeno de batimento se manifesta e pode-se mostrar
que a grandeza importante é o valor absoluto da diferença entre
as duas freqüências.
Os
experimentos com tubos cantantes podem ser feitos, de início, com
um só tubo de vidro excitado pela chama de um bico fino de gás
que queima dentro do tubo numa posição adequada (cerca de 1/4 ou
1/5 do comprimento do tubo). Uma cobertura metálica, uma folha de
alumínio (com uma janela de observação), pode ser colocada na região da
chama para permitir melhor dissipação de calor e, com isto, evitar
trincas no vidro devido às dilatações térmicas irregulares. Ilustramos
abaixo:
A seguir, ainda usando a técnica do bico de gás, pode-se dispor de dois
tubos de comprimentos diferentes e, o mais curto, dotado de uma 'manga'
superior que permita ajustar os comprimentos acústicos. Abaixo algumas
ilustrações dessas montagens:
Uma
variante interessante para a produção do som nos tubos cantantes
é usar de uma tela metálica de malha estreita (ferro, latão
etc.) aquecida. Para tanto, devemos inserir à altura de 1/4 do
tubo uma tela metálica (corte um disco de tela metálica, com diâmetro
maior que o do tubo e force-o tubo adentro) e aquecê-la mediante um
bico de Bunsen ou um pequeno maçarico de soldador de calhas. Aqueça
diretamente a tela durante uns 10 segundos, com o maçarico e, após
isso, retire a fonte térmica e mantenha o tubo na vertical. Ele
começará a 'cantar'.
Atualizado em 25/02/2011 por Luiz Ferraz Netto. |