TUBOS CANTANTES - FEIRA DE CIÊNCIAS ... O Imperdível !
Tubos cantantes
(Tubo de Rijke*)
*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.
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.
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'.