Monografía

UNIDAD EDUCATIVA CATOLICA “LA VICTORIA”
MISIONEROS Y MISIONERAS IDENTES
AÑO LECTIVO 2013-2014
FUNCIONAMIENTO DEL TUBO DE RUBENS.
AUTORES:
DIEGO SEBASTIAN PALMA SUAREZ.
XAVIER ANDRÉS QUIÑÓNEZ VACA.
TERCERO DE BACHILLERATO EN CIENCIAS.
IBARRA, 15 DE ABRIL DEL 2014.

III
DEDICATORIA:
A Dios y la Virgen María por habernos permitido llegar hasta este punto de
nuestras vidas con salud, inteligencia, esperanza para lograr uno de nuestros
muchos objetivos, además de su infinita bondad y amor.

IV
AGRADECIMIENTO:
Queremos agradecer a nuestros padres y abuelita ya que con su esfuerzo,
cuidado, apoyo y amor estando siempre en los mejores momentos de nuestras
vidas como en los no tan buenos deforma perseverante y constante.
Gracias a ellos hoy en día nosotros estamos culminando esta etapa de
nuestras vidas. Y estando seguros que en el futuro seguirán con su dedicación
y vocación de padres.

V
ÍNDICE.
-1.-INTRODUCCIÓN: .......................................................................................................................VII
-2. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN: ..........................................................................................VII
2.1 PROBLEMA:.....................................................................................................................VIII
-3. OBJETIVOS:.........................................................................................................................VIII
3.1 OBJETIVOS GENERALES: .............................................................................................VIII
3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS: ...........................................................................................VIII
-4. FUNDAMENTO TEÓRICO ..........................................................................................................IX
4.2 HISTORIA...........................................................................................................................IX
-5. MARCO TEORICO.......................................................................................................................XI
5.1 CAPITULO I:.......................................................................................................................XI
EL SONIDO ..............................................................................................................................XI
5.1.1 COMPORTAMIENTO DEL SONIDO EN EL EXPERIMENTO: ................................XVI
5.1.2PRESION DEL SONIDO...........................................................................................XVII
5.1.3 INTENSIDAD DEL SONIDO .................................................................................. XVIII
5.2 CAPITULO II:.......................................................................................................................XIX
ONDAS .................................................................................................................................XIX
5.2.1 Ondas Longitudinales: ..............................................................................................XIX
5.2.3 Ondas Transversales: ................................................................................................XX
5.3 Capítulo III:…………………………………………………………………… ……………...XXI
CONSTRUCCION DEL TUBO DE RUBENS……………………………………………………XXI
5.3.1 DESARROLLO:.............................................................................................................XXI
5.3.2 MATERIALES................................................................................................................XXI
5.3.3 ELABORACION:...........................................................................................................XXII
-6. RESULTADOS: ..................................................................................................................... XXIVV
-7. CONCLUSIONES:.....................................................................................................................XXV
-8. BIBLIOGRAFIA:......................................................................................................................XXVII
-9. LINKOGRAFIA:......................................................................................................................XXVIII
-10.TRABAJOS CITADOS..........................................................................................................XXVIII

VI
1.-INTRODUCCIÓN:
En este proyecto se pretende hacer interaccionar la presión de un
gas con la presión que ejerce el sonido dentro de un tubo metálico y
observar la forma de onda que genera diferentes canciones. Para
esto se necesita primero ver como es la forma de onda de una
canción en un reproductor, la de un violín y una guitarra, de esta
forma será posible tener un marco de referencia diferente al que
siempre usamos: nuestros oídos, pero ahora con la combustión de
un gas el efecto será visual y desde luego se formaran ondas
estacionarias al rebotar el sonido en uno de los extremos.
El sonido es una onda mecánica y, por este motivo, requiere de un
medio para propagarse. Además, es longitudinal y, por ello, también
se conoce por onda de presión, debido a que cuando viaja por un
fluido como el aire genera diferencias de presión. En la educación
científica que se recibe se habla de estas ondas, pero lo que es
percibirla con los ojos nunca. El proyecto que se desarrolla tiene la
intención de advertir la posibilidad de conocer lo que se encuentra
dentro de una onda mecánica. Rubens construyó un tubo que recibe
su nombre. El tubo de Rubens es un simple aparato que es capaz de
ilustrar las variaciones de presión que provoca una onda longitudinal
por medio de una transformación a una forma de onda transversal,
visualizada gracias a movimiento de las partículas del gas propano o
butano debido al sonido. Es un tubo con pequeñas perforaciones
que permite la salida del gas que se introduce por una de las
aberturas y por la otra se expone al sonido por medio de una
membrana elástica. El sonido provocará en el gas la aparición de
zonas que tendrán mayor concentración de gas dando lugar a unas
llamas más altas y vivas que otras, zonas donde la onda no presiona
y apenas se ve la llama.

VII
Estas llamas nos dibujan la longitud y la frecuencia de la onda
sonora.
2 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN:
2.1 PROBLEMA:
Demostrar un prototipo que permita ver las ondas sonoras de
diferentes amplitudes y frecuencias con la presión del gas diseñando
el “Tubo de Rubens”, para aprender experimentalmente el
funcionamiento de las ondas.

VIII
3. OBJETIVOS:
3.1 OBJETIVOS GENERALES:
Conocer al público en general el funcionamiento de las ondas
mecánicas de la naturaleza, longitud, mostrando su comportamiento
en las llamas que salen de acuerdo al tipo de sonido o música que
sea emitido.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
*Recopilar la suficiente información para la correcta construcción del
“TUBO DE RUBENS”
*Socializar a los estudiantes del Colegio “La Victoria” de una manera
didáctica de aprender experimentalmente la formación de ondas.
*Mostrar los distintos niveles de intensidad de las ondas variando el
tipo de sonido.

IX
4. FUNDAMENTO TEÓRICO
4.1 HISTORIA
El sonido cuando se propaga a través del aire genera diferencias de
presión; el sonido consiste en un movimiento ondulatorio producido
en un medio elástico por una fuente de vibración. La onda es
mecánica de tipo longitudinal cuando el medio elástico en que se
propaga el sonido es el aire y se regenera por variaciones de la
presión atmosférica por, sobre y bajo el valor normal, originadas por
la fuente de vibración. La velocidad de propagación del sonido es de
331mts por segundo a 0°C variando 0,65mts por segundo por cada
grado centígrado que se incremente en la temperatura ambiente.
-JOHN LE CONTE en 1858 descubrió que las llamas eran sensibles
al sonido. En 1862 RUDOLPH KOENIG demostró que la altura de
una llama podría verse afectada por la transmisión de sonido en el
suministro de gas, y el cambio con el tiempo podría ser mostrado
con rotación de espejos. KUNDT, en 1866, demostró con una
acústica, ondas poniendo semillas de LYCOPODIUM o polvo de
corcho en un tubo.
-Por último, en 1904, usando estos dos importantes
descubrimientos, HEINRICH RUBENS, utilizó un tubo de 4 metros
de largo perforado con 200 pequeños agujeros en él, con intervalos
de 2 centímetros, completándolo con un gas inflamable (Propano).
Después de encender el gas (cuyas llamas se elevaron a la misma
altura de los presentes), señaló que un sonido producido en un
extremo del tubo puede crear una ola de Pie, lo que equivale a la
longitud de onda del sonido que se está realizando. El Tubo de
Rubens es un aparato que nos muestra estas variaciones de presión

X
en forma de onda transversal, visualizándolas a través del gas
propano. El gas tiene zonas en que la onda es más larga ya que
recibe presión de la onda y otras zonas donde la onda no presiona y
apenas se ve la llama. Estas llamas nos dibujan la longitud y la
frecuencia de la onda.
(RAMOS, 2013)

XI
5. MARCO TEÓRICO
5.1 CAPITULO I:
EL SONIDO
El sonido es una perturbación que hacemos a un determinado medio
físico (como aire, agua, metal, etc.) de tal modo que lo que producimos
en él es una onda mecánica de naturaleza longitudinal. En el caso del
aire son las partículas que lo componen las que vibran, y la frecuencia
y amplitud de esta vibración dependerán de la fuente sonora que las
está produciendo. Así por ejemplo cuando tocamos la cuerda de una
guitarra, ésta comienza a vibrar y es esa vibración la que perturba el
medio que lo rodea (aire en este caso). Entonces la cuerda vibrante
perturba a las moléculas de gas que están a su alrededor, haciéndolas
oscilar con la misma. En otras palabras, lo que hace la cuerda es
modificar la densidad del aire, lo hace oscilar, y esta perturbación se
transmite como una onda longitudinal por todo su rededor, provocando
que la concentración de partículas gaseosas varíe en el tiempo
mientras pasa por ahí la onda sonora.
Acústica: Parte de la física que estudia los fenómenos relacionados con
el sonido.
Onda: Es una perturbación que se propaga y transmite solamente
movimiento y energía sin la necesidad de transmitir masa y partículas.
Tiene cuatro elementos: cresta, valle, amplitud y longitud de onda.

XII
Grafico N: 1.- Elementos de una onda.
Onda sonora: Onda longitudinal que se produce por hacer vibrar los
cuerpos y es captada por el oído.
Sonido: Onda longitudinal que se puede transmitir en medios
gaseosos, líquidos y sólidos; tiene tres cualidades: intensidad
(energía de vibración), tono (agudo/grave) y timbre (diferencia a
sonidos del mismo).
Tabla 1: En esta tabla encontramos la velocidad del sonido en
diferentes medios, pero cuando aumenta la temperatura estos
valores cambian.

XIII
(Adrián G.)
Onda estacionaria: se forma por la interferencia de dos ondas de la
misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda (o frecuencia)
que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.
Grafico N: 2.- Elementos de una onda estacionaria.
(Bruzos)
Se producen cuando interfieren dos movimientos ondulatorios con la
misma frecuencia, amplitud pero con diferente sentido, a lo largo de
una línea con una diferencia de fase de media longitud de onda.
Las ondas estacionarias permanecen confinadas en un espacio
(cuerda, tubo con aire, membrana, etc.). La amplitud de la oscilación
para cada punto depende de su posición, la frecuencia es la misma
para todos y coincide con la de las ondas que interfieren. Hay puntos
que no vibran (nodos), que permanecen inmóviles, estacionarios,
mientras que otros (vientres o antinodos) lo hacen con una amplitud
de vibración máxima, igual al doble de la de las ondas que
interfieren, y con una energía máxima. El nombre de onda
estacionaria proviene de la aparente inmovilidad de los nodos. La
distancia que separa dos nodos o dos antinodos consecutivos es
media longitud de onda.

XIV
Frecuencia: Número de oscilaciones que se dan por unidad de
tiempo en cualquier movimiento periódico.
Gas: Estado de agregación de la materia en la que las fuerzas
intermoleculares son demasiado débiles.
Hertz: Unidad de medida de frecuencia en el sistema internacional
de unidades (SI), equivale al número de oscilaciones que se
producen durante 1 segundo en un movimiento periódico.
Onda transversal: Onda en la cual la dirección de oscilación de las
partículas del medio es perpendicular a la dirección de propagación
de la misma.
Presión: Es la fuerza aplicada sobre alguna superficie o área, de tal
manera que ambos son perpendiculares.

XV
Grafico N: 3.- Ondas dentro del Tubo de Rubens
(Espejo, 2012)

XVI
5.1.1 COMPORTAMIENTO DEL SONIDO EN EL EXPERIMENTO:
Podemos decir que el sonido es una onda que se genera partir del
movimiento vibratorio de un cuerpo, este necesita un medio para
poder transmitirse, por Lo que podría ser por los estados (solido,
líquido y gaseoso), y esta puede tener altura, relacionada con su
frecuencia, intensidad relacionada con la amplitud de onda, timbre,
relacionado con la forma de la onda, y duración, relacionado con el
tiempo de vibración. El comportamiento del sonido, podemos
observarlo en la naturaleza (excepto en el vacío) por lo cual la
experimentación con este resulta relativamente fácil. El sonido al no
poder propagarse por el vacío debería necesariamente perturbar el
medio por el cual se transmite y demostrar la perturbación del medio
que genera una onda de sonido.
Nosotros apreciamos que hubo cambios de frecuencias (desde 1
KHz hasta los 22 KHz) el cual influyó el tipo de música que
reproducíamos, por lo tanto eso demostró que toda onda sonora
produce una vibración que perturba el medio por el cual se transmite
reafirmando así que el sonido es una onda mecánica que definimos
como “onda que genera una perturbación de las propiedades
mecánicas de un medio material (posición, velocidad y energía de
sus átomos o moléculas) que se propaga en el medio”.
Eventualmente el sonido necesita un medio para poder propagarse
ya que este se origina en una vibración luego se sigue transmitiendo
perturbando el medio por el cual se esté propagando, como se
demuestra en el experimento en el cual el sonido perturbó al gas
dentro del tubo a medida que avanzaba, por lo que se generaban
distintas presiones dentro del tubo y esto se manifestaba en los
cambios producidos en la llamas de fuego. De esta manera

XVII
nuevamente podemos decir que se comprueba que; “El sonido al no
poder propagarse por el vacío debería necesariamente perturbar el
medio por el cual se transmite”.
(Espejo, 2012)
5.1.2PRESIÓN DEL SONIDO
La presión del sonido o reconocida también como acústica es
producto de la propagación del sonido. Se libera una energía por las
ondas sonoras que a la vez genera un movimiento de forma ondular
de las partículas del aire, provocando así la variación de la presión
estática del aire. La presión atmosférica es la presión del aire sobre
la superficie terrestre. Por consecuencia tenemos que se ha
desarrollado zonas de concentración de las partículas y zonas
menos saturadas denominadas zonas de rarefacción. Cuando las
ondas se encuentran con el oído la presión que ejercen sobre el
mismo no es igual para toda la longitud de la onda.
La presión sonora se puede medir en pascales por lo cual su valor
disminuirá al de la atmosférica, el umbral de audición está evaluado
en unos 20 micro pascales (20 μPa), también podemos medir la
presión sonora en micro bar (μbar), que es la millonésima parte del
bar (1 Pa=1 N/m²=10 μbar y 1 μbar=10-6 bar).Existe una diferencia
entre la presión atmosférica y la presión atmosférica y es la
variación, mientras que la atmosférica cambia muy lentamente en la
sonora se alterna muy rápidamente su frecuencia.
El ser humano no tiene la sensibilidad suficiente para soportar todas
las frecuencias .El margen de frecuencias que pueden producir la
sensación de sonido cuando impresiona el oído humano es lo que se
conoce como audiofrecuencias y va de los 20 a los 20 000 Hz, es

XVIII
fácil confundir la presión acústica con la potencia acústica. La
confusión viene por el hecho de que la presión sonora es la
responsable directa de la amplitud de la onda y la amplitud
determinara la cantidad de energía (potencia acústica) que contiene
una señal sonora. Para diferenciarla entre sonidos más intensos (el
oído soporta mayor cantidad de presión sonora), de sonidos débiles,
se utiliza el llamado nivel de presión sonora.
(GUTIEREZ)
5.1.3 INTENSIDAD DEL SONIDO
La intensidad del sonido se define como la potencia acústica por
unidad de área. El contexto habitual es la medición de intensidad de
sonido en el lugar del oyente. Las unidades básicas son vatios/m2 .
Muchas mediciones de la intensidad del sonido se hacen con
relación a la intensidad del umbral de audición estándar (Io).
También podemos utilizar para la medición de la intensidad del
sonido los decibelios.
Los decibelios miden la relación de una intensidad dada (I) con la
intensidad del umbral de audición, de modo que este umbral toma el
valor 0 decibelios (0dB). Para nosotros evaluar el volumen del
sonido, como distintivo de una medida de intensidad utilizamos la
sensibilidad del oído.
(WIKIPEDIA, 2014)

XIX
5.2 Capitulo II:
Ondas
Podemos definir la palabra onda como la perturbación que avanza,
que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. Cuando
estas ondas necesitan de un medio material, se llaman ondas
mecánicas. Las ondas electromagnéticas son las que se propagan
en el vacío.
El sonido es un tipo de onda mecánica que se propaga únicamente
en presencia de un medio material.
Un cuerpo al vibrar genera un movimiento de vaivén (oscilación) a
las moléculas de aire que lo rodean, haciendo que la presión del aire
se eleve y descienda alternativamente. Los cambios de presión se
trasmiten por colisión entre las moléculas de aire y la onda sonora
que es capaz de desplazarse hasta nuestros oídos. Las partes de la
onda en que la presión aumenta es decir las moléculas se juntan, se
llaman compresiones y aquellas en que la presión disminuye y las
moléculas se alejan, se llaman enrarecimientos.
Clasificamos las ondas en dos tipos:
5.2.1 Ondas Longitudinales:
Definimos como la vibración de la onda que es paralela a la
dirección de propagación de la propia onda. Estas ondas se deben a
las sucesivas compresiones y enrarecimientos, de este tipo son
las ondas sonoras. Un resorte que se comprime y estira también da
lugar a una onda longitudinal.

XX
Grafico N: 4.- Ilustración onda longitudinal.
El sonido se trasmite en el aire mediante ondas longitudinales se
dice que cuando se propaga el sonido y tenemos dos persona una
dentro de un salón y otro fuera, mas rápido escuchara el que se
encuentra fuera al que se encuentra dentro.
Otro ejemplo de onda longitudinal es aquella que se produce cuando
se deja caer una piedra en un estanque de agua, Se origina una
perturbación que se propaga en círculos concéntricos que, al cabo
del tiempo, se extienden a todas las partes del estanque.
5.2.3 Ondas Transversales:
Donde la vibración es perpendicular a la dirección de la onda. Las
ondas transversales se caracterizan por tener montes y valles. Por
ejemplo, las ondas que se forman sobre la superficie del agua al
arrojar una piedra o como en el caso de una onda que se propaga a
lo largo de una cuerda tensa a la que se le sacude por uno de sus
extremos.
Grafico N: 4.- Ilustración onda transversal.

XXI
5.3 CAPITULO III:
CONSTRUCCIÓN DEL TUBO DE RUBENS.
5.3.1 DESARROLLO:
Para poder construir el “TUBO DE RUBENS” se necesita.
5.3.2 MATERIALES:
• Un tubo de metal de 1.50 metros de longitud
• Soportes para sujetar el tubo
• Regulador de presión
• Manguera de gas
• Abrazaderas
• Niple
• Reductor
• Parlantes
• Membrana de látex (guante)
• Cinta aislante
• Aislante (pedazo de neumático)

XXII
5.3.3 ELABORACIÓN:
En la siguiente imagen se observa los pasos que se debe seguir
para elaborar el proyecto.
DESARROLLO:
1. Colocar sobre la tabla el tubo, esta servirá como base para poder sostenerlo.
2. Empezar a hacer las mediciones al tubo para que sea perforado (cada hoyo,
tiene una distancia de separación de 1 cm).
3. Con el taladro y la broca, empezar a perforar el tubo
4. Una vez perforado, se debe ajustar la bocina al embudo, de tal forma que la
bocina quede más o menos al tamaño del mismo (esto se hace con la finalidad
de que no haya fugas del sonido y del gas) y así mismo, se procederá a
ajustarlo.
5. Del otro extremo abierto, se coloca una conexión a la manguera de gas

XXIII
(campana), esta se ajusta al extremo del tubo.
6. Conectar a la bocina el reproductor de música.
7. Ya que todas las conexiones del lado del sonido estén seguras, liberar el
gas LP (poco a poco) y prender fuego con un cerillo o encendedor.
8. Reproducir la música y observar el movimiento de las ondas.
(F.A.M.A, 2014)

XXIV
6. RESULTADOS:
El tubo se divide en 2 partes: agudo y grave (no por ser agudo ni
grave se determinará si sale más grande o chica la llama, todo
depende de la misma música).
El fuego musical funciona como una especie de visualizador de la
longitud de ondas que transporta el sonido.
A traves de la experimentacion demostrada en clases, se pudo
comprobar con éxito la realizacion de la experimentacion , siendo a
la vez muy sorprendente. Así también todos los equipos usados para
esta experimentacion son faciles de encontrar, y tambien el unico
reactivo utilizado que era el gas propano.
Se tiene que tener mucho cuidado en esta experimentacion, ya que
el parlante tiene que estar a la distancia correcta del tubo, ni muy
alejado, ni muy cerca, para que la realizacion de la misma sea
buena.

XXV
7. CONCLUSIONES:
Se ha podido demostrar los conceptos relacionados al Tubo de
Rubens, y así mismo como este se relaciona con la termodinámica.
Así también se pudo mostrar que cuidados se debe tener al hacer un
experimento de este tipo.
Así también, tener cuidado con la realización de los huecos en el
tubo de metal, puesto que si se los realiza de manera que estén
cerca de la manguera que alimenta el sistema, este podría explotar,
haciendo de esta forma muy peligrosa dicha experimentación.
Se pudo observar el éxito de dicha experimentación, demostrando el
uso de la Termodinámica para la realización del mismo.

XXVI
8. BIBLIOGRAFÍA:
-Álvarez Alvarenga Beatriz y Máximo, Física General, Oxford,
Editorial “Reverté”, 4ta Edición, 2007.
-Hewitt Paul, Física Conceptual, 10ma Edición, Editorial
“Prentice Hall”, 2009.
-Sears Zemansky, Física General, Edición Aguilar, 1974.
-Edwin Galindo, Física Superior, Edición Ágoras, 2013.

XXVII
9. LINKOGRAFÍA:
-el-tubo-de-
rubens.html
.educastur.princast.es/proyectos/jimena/pj_franciscga/c
oncytip.htm

XXVIII
10. TRABAJOS CITADOS
Adrián G., E. T. (s.f.). EL SONIDO. Obtenido de http://fqmalbaida.wikispaces.com/Trabajo+2
Anonimo. (s.f.). TECNOLOGIA. Obtenido de ONDAS ELECTROMAGNETICAS:
http://www.areatecnologia.com/ondas-electromagneticas.htm
Bruzos, I. T. (s.f.). SABELOTODO. Obtenido de http://www.sabelotodo.org/ondas/onda.html
Espejo, R. (14 de Agosto de 2012). Slideshare. Obtenido de Slideshare:
http://www.slideshare.net/raimundoespejo/comportamiento-del-sonido
F.A.M.A. (27 de marzo de 2014). Feria de Ciencias. Obtenido de Feria de Ciencias:
http://www.feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria20/feria071_01_fuego_music
al.pdf
GUTIEREZ, I. A. (s.f.). RUIDO. ARICA: I.P.R.C.A.
RAMOS, P. C. (2013). TUBO DE RUBENS. PERU.
Reference, W. (27 de Marzo de 2014). Word Reference. Obtenido de
http://www.wordreference.com/definicion/decibelio
WIKIPEDIA. (14 de MARZO de 2014). Obtenido de Onda mecánica:
http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_mec%C3%A1nica
WIKIPEDIA. (22 de ENERO de 2014). WIKIPEDIA. Obtenido de Intensidad de sonido:
http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_sonido

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