Tubo de Rubens, o cativante experimento que demonstra a relação entre ondas sonoras e pressão do ar

Inventado pelo físico alemão Heinrich Rubens em 1905, o tubo de Rubens, também conhecido como tubo de chama de onda estacionária, é um aparelho de física que ilustra visualmente a relação entre as ondas sonoras e a pressão do ar como um osciloscópio primitivo. Com efeito ele é usado para demonstrar ondas estacionárias acústicas em um tubo. O aparelho consiste em um tubo metálico com pequenos furos ao longo de seu comprimento. Uma extremidade do tubo é selada e a outra é conectada a um alto-falante ou fonte de som. O gás (geralmente propano ou metano) é liberado no tubo através desses pequenos orifícios.

Quando as ondas sonoras do alto-falante passam pelo tubo, elas criam regiões alternadas de alta e baixa pressão dentro do tubo. As áreas de alta pressão correspondem a compressões nas ondas sonoras, enquanto as áreas de baixa pressão correspondem a rarefações.

Quando uma frequência constante é aplicada, uma onda estacionária é estabelecida no tubo, resultando em regiões de pressão oscilante e nós de pressão. As chamas ao longo das perfurações do tubo respondem a estas variações de pressão, com chamas mais baixas correspondendo a áreas de alta pressão e chamas mais altas em nós de pressão. Esta configuração simples, mas eficaz, permite a medição do comprimento de onda observando os mínimos e máximos da chama.

Ao alterar a frequência das ondas sonoras, diferentes padrões de ondas estacionárias são criados dentro do tubo. As alturas das chamas se ajustam de acordo, ilustrando como diferentes frequências produzem padrões distintos de nós e antinodos.

Este experimento não apenas fornece uma representação visualmente impressionante das ondas sonoras, mas também ajuda estudantes e entusiastas a compreender o conceito de ondas estacionárias e sua conexão com as variações da pressão do ar. É uma demonstração popular em salas de aula de física, exposições de ciências e youtuber que divulgam conteúdo cientifico. No canal do Youtube Manual do Mundo o Iberê Thenório mostra como fabricar um do zero, mas como ele próprio diz: - "Não tentem fazer isso em casa!".

Em 2014, o divulgador científico dinamarquês Sune Nielsen, se uniu ao blogueiro científico Derek Muller em um vídeo no YouTube mostrando a placa pirotécnica em ação. Derek, também conhecido como Veritasium no YouTube, explicou a ciência por trás de como funcionam os tubos de Rubens 1D e 2D. O vídeo, hoje viral, conta com mais de 16 milhões de visualizações.

Embora tenha trabalhado com físicos mais lembrados, como Max Planck, da Universidade de Berlim, em alguns dos trabalhos básicos da física quântica, Heinrich Rubens é mais conhecido por seu tubo de chamas, que foi demonstrado em 1905. Este tubo de Rubens original era uma seção de tubo de quatro metros com aproximadamente 100 furos de 2 milímetros de diâmetro espaçados uniformemente ao longo de seu comprimento.

O recorde do Guinness para o tubo Rubens mais longo foi alcançado em 2019, quando o programa estoniano científico Kvark construiu um tubo Rubens de 10 metros na Saku Suurhall, uma arena coberta multiuso no subdistrito de Haabersti da capital da Estônia, Tallinn. A equipe do programa percebeu que o conceito de ver ondas sonoras seria interessante, especialmente em grande escala. Eles precisaram de quase meio ano para construir o tubo inteiro.