FYSIKbasen.dk - Den danske database for pædagogiske undervisningsforsøg til fysiklærere
Forside Nyheder Forsøg Om siden Kontakt English
Gå en side tilbageUdskriv dette forsøgForetag ny søgning

rød pilRijke rør

Forsøg nr.: 39
Formål: At demonstrere stående bølger eksiteret af luftstrømme.
Resume: Et rør med et opvarmet metalnet igangsætter et resonansfænomen, som skaber en høj, hylende tone.
Nøgleord: Bølger, lyd, resonans, stående bølger, svingninger, konvektion, termodynamik, opdrift.

Beskrivelse:

Et Rijke rør er en åben cylinder, der fungerer som en resonator. Røret eksiteres ved at placere et metalnet cirka en fjerdedel oppe i røret, hvorefter røret sænkes ned over en tændt gasbrænder. Flammen opvarmer nu metalnettet (gerne til det er rødglødende), og når røret igen fjernes fra gassen, vil man i flere sekunder høre en meget kraftig hylende tone ved rørets resonansfrekvens.

Diagram over Rijke rør
Diagram over Rijke rør.

Da metalnettet kan blive meget varmt er det naturligvis bedst at vælge et rør af varmebestandigt materiale. Dog er det yderst rart for publikum, hvis de kan se, hvordan metalnettet sidder inde i røret, og derfor bør man måske nok bruge et gennemsigtigt plastikrør. Hvis røret har en stor diameter (billederne på denne side viser et 10 cm rør), og hvis man passer på kun at opvarme midten af metalnettet, så kan røret sagtens klare rigtig mange opvarmninger.

Billede af Rijke rør.
Billede af Rijke rør i plastik.

Lyden i røret skabes af konvektion i røret. Holder man hånden hen over røret, så kan man tydeligt mærke en varm, opadstigende luftstrøm. Blokeres denne luftstrøm med hånden, eller holdes røret vandret, så holder lyden op. Når luften i røret opvarmes af metalnettet, så vil den udvide sig op stige opad. Dette skaber altså en trykbølge (lyd), som bevæger sig gennem røret. Ved udgangen kan lydbølgen reflekteres, og summen af lydbølger i røret vil dermed skabe en stående bølge, typisk ved rørets resonansfrekvens. Dette fænomen kender man også fra en flaske, hvor man puster hen over åbningen.

Det, der gør Rijke rør specielle, er, at lyden ikke dør ud med det samme. Ved rørets åbningen går en del af energien tabt, ligesom der tabes lidt til friktion i røret. Det varme net bliver dog ved med at overføre energi til lydbølgen, og dermed dør lyden først ud, når varmen forsvinder. Den præcise mekanisme bag denne overførsel af energi til at opretholde den stående bølge er nok endnu ikke forstået i fuld detalje.

Det er for øvrigt interessant, at hvis røret holdes kortvarigt ned i flydende kvælstof, så kan man efterfølgende få frembragt en lignende effekt.

Forsøget er faktisk meget gammelt. Allerede iI 1777 opdagede Byron Higgins, at et åbent rør med en gasflamme i kunne udsende en kraftig "syngende" lyd. Dette fænomen fangede interessen hos flere fysikere, blandt andet Faraday. Man bemærkede, at flammen eksiterede grundtonen eller en af de lave overtoner i røret.

I 1859 lavede Rijke for første gang eksperimentet, hvor et varmt metaltnet stod for opvarmningen. Rijke forsøgte sig faktisk også med elektrisk opvarming via et kraftigt Galvanisk element, hvilket resulterede i, at lyden kunne bevares gennem meget lang tid. I 1878 præsenterede Rayleigh den første teoretiske analyse af fænomenet. Hans tanker anvendes stadig i dag, når man vil beskrive teorien bag Rijke rør.

Forsøget kan for øvrigt udføres med to Rijke rør af lidt forskellig frekvens (brug rør af lidt forskellig længde). På denne måde vil man kunne opleve stødtoner ("beats"). Eksperimentér eventuelt med at forlænge det ene rør med et ekstra stykke pap, der bøjes rundt om enden på det ene rør.

Spørgsmål og svar:

Hvorfor siger røret ikke noget?

Måske sidder nettet ikke rigtigt i røret. Placér det cirka en fjerdedel af rørets længde fra bunden. Sørg også for, at nettet er rødglødende, før du fjerner røret fra gassen. Hold røret lodret, så den varme luft kan stige op igennem røret.

Udstyr og materialer:

grøn pil Metalnet
grøn pil Gasbrænder
grøn pil Rør

Referencer:

grøn pilLink til forsøg i database på University of Maryland (Rijke rør med elektrisk opvarmning).
grøn pilA.A. Collyer D.J. Ayres: "The generation of sound in a Rijke tube using two heating coils", J. Phys. D 5, L73 (1972).
grøn pilS.M. Sarpotdar, N. Ananthkrishnan and S.D. Sharma: "The Rijke Tube - A Thermo-acoustic Device", Resonance, p. 59, January 2003.
grøn pilP.L. Rijke, Ann. Phys., Lpz 107, 339 (1859).

PIRA DCS: 3D30.70 (Svingninger og bølger: Instrumenter) Hvad er PIRA DCS?

Opdateret: 19.08.2004