Trabalho sobre Tubo de Rubens

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PROJETO DE FÍSICA II: TUBO DE RUBENS
Bruno Rodrigues
 Isaac Ferraz 
Lucas Santos[1: Alunos regularmente matriculados no curso de Engenharia Elétrica da Faculdade Independente do Nordeste (FAINOR), semestre 2015.2. ]
Resumo: O presente trabalho apresenta a descrição e os resultados de um experimento realizado como requisito parcial da disciplina Física Geral e Experimental II, ministrada pelo professor Lucas Crusoé. O experimento consiste em mostrar a formação de ondas estacionárias longitudinais por meio das chamas que saem de acordo o som produzido, podendo-se observar os diferentes níveis de intensidade das ondas que variam com o tipo de frequência sonora.
Palavras-chave: Perturbação; Comprimento de onda; Oscilação; Amplitude; Ondas estacionárias. 
Considerações iniciais
Conceito de Ondas
As ondas são perturbações que se propagam no espaço, ou em meios materiais, transportando energia. De acordo com a sua natureza, podem ser classificadas, de modo geral, em dois tipos. Por um lado, as ondas mecânicas são aquelas que necessitam de um meio material para se propagar, ou seja, sua propagação envolve o transporte de energia cinética e potencial e depende da elasticidade do meio. Por isso, não são capazes de propagar-se no vácuo. Alguns exemplos são os que acontecem em molas e cordas, sons e em superfícies de líquidos. Por outro lado, as ondas eletromagnéticas são aquelas geradas por cargas elétricas oscilantes e sua propagação não depende do meio em que se encontram, podendo propagar-se no vácuo e em determinados meios materiais, como no caso das ondas de rádio, radar, raios x, entre outros exemplos.
As ondas estacionárias, por sua vez, são aquelas que possuem um padrão de vibração estacionário. Formam-se a partir de uma superposição de duas ondas idênticas, mas em sentidos opostos, normalmente quando as ondas estão confinadas no espaço como ondas sonoras em um tubo fechado e ondas de uma corda com as extremidades fixas. Esse tipo de onda é caracterizado por pontos fixos de valor zero, chamados de nodos, e pontos de máximo também fixos, chamados de antinodos. São ondas resultantes da superposição de duas ondas de mesma frequência, mesma amplitude, mesmo comprimento de onda, mesma direção e sentidos opostos.
Desde a antiguidade, o homem estudava os movimentos existentes na natureza. Dessa forma, é possível perceber que o século XVII lança as bases para a física da era industrial. Christiaan Huygens, holandês, é o primeiro a descrever a luz como onda. Usadas como ponto de partida para a escolha do experimento a ser realizado, as ondas sonoras se propagam a partir de variações de pressão através do gás, que podem ser observadas por meio do movimento das chamas no Tubo de Rubens.
Em 1858, John Le Conte descobriu que as chamas eram sensíveis às ondas sonoras. Em 1862, Rudolph Koening provou que a intensidade e altura das chamas seriam influenciadas pela propagação de som através de gás em combustão. No mesmo século, Behn mostrou que pequenas chamas podiam indicar a pressão. E, por fim, em 1904, Heinrich Rubens, usando essas duas descobertas importantes, usou um tubo de 4 metros de comprimento com 200 pequenos buracos, com intervalos de 2 cm, com um gás inflamável. Depois de ligar o gás, observou-se que um som produzido em uma extremidade do tubo pode criar uma onda estacionária, que é igual ao comprimento de onda do som que está sendo feito. O tubo de Rubens é um dispositivo que mostra essas variações de pressão em forma de onda transversal.
Materiais e equipamentos utilizados:
 Tubo de alumínio 
 Suporte de madeira
 Luva cirúrgica de látex 
 Lixa
 Adaptador de pvc para caixa d`agua
 Tampa cega de pvc de 75mm
 Fita crepe
 Mangueira para gás com adaptador de botijão regulável
 Adaptador rosqueável para cano de ½ polegada
 1 Furadeira com broca 1,5mm
 1 cortador de formica para demarcar os furos
 Régua, tesoura, lápis e caneta
 2 braçadeiras de fixação 
 Caixa de som e fonte emissora de frequências
Descrição do experimento
A experiência realizada consiste em utilizar um tubo com vários furos em linha reta na parte superior, de modo que uma de suas extremidades é tampada pela luva de látex e a outra conectada ao gás por meio da mangueira e os adaptadores. 
O tubo é preenchido com o gás (GLT) e aceso, o alto falante é ligado perto da luva, gerando diferentes ondas de pressão. Essas variações podem ser observadas por meio das chamas em forma de ondas transversais. As regiões com maior pressão vão apresentar chamas com maior amplitude, enquanto nas áreas de menor pressão observam-se chamas menores. 
Se as frequências do alto falante e do tubo coincidirem, visualiza-se um padrão estático (ondas estacionárias), caso não ocorra, observa-se um padrão dinâmico. 
Considerações finais
Após a realização do experimento, confirmamos a importância de analisá-lo, pois por meio dele foi possível demonstrar a sua contribuição para que as frequências das ondas sonoras se tornassem visíveis de alguma forma, e também comprovar a relação entre a mudança de pressão no meio em que as ondas se propagam. Além disso, foi observado que, quanto maior for a frequência, menor será a amplitude da onda, e quanto menor for a frequência, maior será a amplitude da mesma. Assim, Heinrich Rubens mostrou o que já havia sido estudado por outros cientistas, sendo um dos experimentos mais importantes para o estudo de ondas.
 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
RESNICK, R.; HALLIDAY, D.; WALKER, J. Física 2. Rio de Janeiro: Editora S.A, 1984.
 
TIPLER, P. A. Física para cientistas e engenheiros 1 - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica. Rio de Janeiro: Ed. LTC, 2000, p. 420.
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/classificacao.php
http://fisicamaia.blogspot.com.br/2008/10/tubo-de-rubens.html