Descrizione

Immagine da https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/tubo_di242/

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Sir John Herschel fu il primo a proporre di suddividere il percorso di un suono in due rami di diversa lunghezza, causando interferenza là dove poi i rami si riuniscono.
Questa idea è stata poi seguita con successo da G. H. Quincke (1834-1924), ed è stata ulteriormente migliorata da M. König.
Il tubo genera interferenza tra onde sonore, cioè onde meccaniche di tipo longitudinale; esso è suddiviso in due tratti di tubo a U, di cui uno a lunghezza variabile, come la coulisse di un trombone. Accostando un diapason, già eccitato, nell`apposita apertura, il suono si propaga dividendosi in due percorsi (vedi la prima figura).

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Un percorso è di lunghezza fissa e quindi conterrà un certo numero di lunghezze d'onda, mentre l'altro percorso è a lunghezza variabile a piacere. Allora si può operare in modo di far arrivare all'orecchio, posto nell'altra apertura, due suoni in fase o in opposizione di fase: nel primo caso si avrà un rinforzo nell'intensità del suono; nel secondo caso un indebolimento fino all'annullamento della sensazione uditiva.
Risulta critica in tal senso la differenza tra i due percorsi: se essa è uguale a un numero dispari di semilunghezze d'onda, all'orecchio non c'è suono; se essa è uguale a un numero intero di lunghezze d'onda si ha la la massima intensità sonora.
Il tubo permette dunque di misurare la lunghezza d'onda del suono, e, se si conosce la frequenza di vibrazione del diapason, si può trovare la velocità del suono nell'aria.
Come esempio numerico, se si usa un diapason di frequenza 1700 Hz e si misura una lunghezza d'onda di 0,20 m, allora la velocità del suono è di 340 m/s, poiché la sua velocità è il prodotto della lunghezza d'onda per la frequenza.
Con una piccola modifica il tubo di Quincke può fornire un’esperienza sulla ricezione biauricolare (vedi la seconda figura).

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Occorre a tale scopo staccare il raccordo che riunisce i due tubi là dove si pone l’orecchio, e sostituirlo con due tubi. I due tubi vanno uno all’orecchio sinistro e l’altro all’orecchio destro.
Ora se invece del diapason, che genera un suono continuo, si pronuncia ripetutamente una breve sillaba e, dopo ogni sillaba, si allunga verso sinistra di qualche centimetro il tubo a U mobile, l’ascoltatore avrà l’impressione che l’origine del suono si sposti gradualmente verso la sua destra.
Questo accade perché il suono, che si propaga nel tubo più lungo, arriva in ritardo all’orecchio destro dell’ascoltatore rispetto al suono che arriva all’orecchio sinistro, traendolo in inganno.
I due piccoli rubinetti laterali servono per introdurre nel tubo un gas diverso dall'aria, per misurare la velocità del suono nel gas.
Durante questa prova bisogna certamente evitare che il gas immesso abbia una velocità propria di diffusione nei due rami del tubo, altrimenti si ha l'effetto doppler che falsa la misura. Questo può accadere perché il gas tenderà ad uscire sia dove è posto il diapason, sia dove si ascolta il suono. Occorrono quindi particolari accorgimenti.
Bibliografia:
M. Michetti, Fisica, Vol. I, Canova, Treviso 1972, da cui è tratta la prima figura.
E. Perucca, Guida pratica per esperienze didattiche di fisica elementare, Zanichelli, Bologna 1937, da cui è tratta la seconda figura.
La funzione dei rubinetti laterali e altri importanti particolari sugli impieghi del tubo di Quincke si trovano in M. Miniati, A. Giatti (a cura di), L'acustica e i suoi strumenti, La collezione dell'Istituto Toscano, Giunti, Firenze 2001.
J. Tyndall, Sound, P.F. Collier & Son, New York 1902.

Immagine da Icarodidattica