Датчане из Fysikshow объединили давно известные эксперименты: фигуры Хладни и трубу Рубенса — и сделали двумерную трубу Рубенса. Это завораживающее зрелище!

Фигуры Хладни

Вкратце о принципе действия: в коробку направлен выход громкоговорителя, и в ней возбуждаются стоячие волны. Чтобы волна была стоячей — в длину коробки должно укладываться целое число длин полуволн, тогда такая волна накладывается сама на себя и возникает резонанс, и она называется модой. В стоячей волне выделяют пучность (максимум амплитуды) и узел (минимум амплитуды, практически ноль).

Благодаря тому, что коробка имеет много резонансных мод (к примеру, 100Гц, 200Гц, 300Гц и так далее) — сразу многие частоты из входного аудиосигнала усиливаются и резонируют.

Картина взаимодействия и интерференции таких волн и сама по себе красива. В пучностях песчинки колеблются сильно и разлетаются; в узлах колебания минимальны, и разлетевшиеся песчинки концентрируются на этих местах. Это простейший визуализатор узлов и пучностей стоячей волны.

Получающиеся картины называют фигурами Хладни по имени физика, впервые исследовавшего их.

Труба Рубенса

Труба Рубенса — это визуализатор стоячей волны, работающий на другом принципе. Суть в том, что в пучностях стоячей волны в газе давление газа выше, а в узлах — ниже. Если возбудить стоячую волну в металлической трубе, давление в ней распределится таким же образом, как и пучности стоячей волны. Если в трубу нагнетать горючий газ (обычно используют пропан, он горит ярким коптящим пламенем), и просверлить отверстия по всей длине трубы — факелы огня будут иметь разную высоту, отражая картину волны.

Двумерная труба Рубенса

Объединив эти два явления, можно получить потрясающую картину.

К датским гикам приехала команда блога Veritasium, и они засняли ещё более классное видео: