Ernst Chladni -Ernst Chladni
Ernst Chladni | |
---|---|
Født | 30. november 1756 |
Døde | 3. april 1827 (70 år gammel) |
Nasjonalitet | tysk |
Kjent for | |
Vitenskapelig karriere | |
Enger | Fysikk |
Ernst Florens Friedrich Chladni ( Storbritannia : / ˈ k l æ d n i / , USA : / ˈ k l ɑː d n i / , tysk: [ɛʁnst ˈfloːʁɛns ˈfʁiːdʁɪç ˈkladniː physique] 7. april – 36. november 71 ) var tysk 36. november – 71. og musiker . Hans viktigste arbeid, som han noen ganger blir stemplet som akustikkens far , inkluderte forskning på vibrerende plater og beregning av lydens hastighetfor forskjellige gasser . Han påtok seg også banebrytende arbeid i studiet av meteoritter og blir av noen sett på som meteoritikkens far .
Tidlig liv
Selv om Chladni ble født i Wittenberg i Sachsen , stammet familien hans fra Kremnica , den gang en del av kongeriket Ungarn og i dag en gruveby i det sentrale Slovakia . Chladni har derfor blitt identifisert som tysk , ungarsk og slovakisk .
Chladni kom fra en utdannet familie av akademikere og lærde menn. Chladnis oldefar, den lutherske presten Georg Chladni (1637–1692), hadde forlatt Kremnica i 1673 under motreformasjonen . Chladnis bestefar, Martin Chladni (1669–1725), var også en luthersk teolog og ble i 1710 professor i teologi ved Universitetet i Wittenberg . Han var dekan ved det teologiske fakultet i 1720–1721 og ble senere universitetets rektor . Chladnis onkel, Justus Georg Chladni (1701–1765), var jusprofessor ved universitetet. En annen onkel, Johann Martin Chladni (1710–1759), var teolog, historiker og professor ved universitetet i Erlangen og universitetet i Leipzig .
Chladnis far, Ernst Martin Chladni (1715–1782), var jusprofessor og rektor ved Universitetet i Wittenberg. Han hadde sluttet seg til det juridiske fakultetet der i 1746. Chladnis mor var Johanna Sophia og han var enebarn . Faren hans avviste sønnens interesse for vitenskap og insisterte på at Chladni skulle bli advokat.
Karriere
Chladni studerte jus og filosofi i Wittenberg og Leipzig, og tok jusgrad fra universitetet i Leipzig i 1782. Samme år døde faren og han vendte seg til fysikk for alvor. Han holdt forelesninger om juss, matematikk og naturvitenskap ved Universitetet i Wittenberg fra 1783 til 1792. I løpet av denne tiden begynte han sine første eksperimenter med akustikk.
Chladni-figurer
En av Chladnis mest kjente prestasjoner var å finne opp en teknikk for å vise de forskjellige vibrasjonsmodusene på en stiv overflate, kjent som Chladni-figurer eller Chladni-mønstre på grunn av de forskjellige formene eller mønstrene som er skapt av forskjellige moduser. Ved resonans blir en plate eller membran delt inn i områder som vibrerer i motsatte retninger, avgrenset av linjer der det ikke forekommer vibrasjoner ( knutelinjer ). Chladni gjentok de banebrytende eksperimentene til Robert Hooke , som 8. juli 1680 hadde observert knutemønsteret knyttet til vibrasjonene til glassplater. Hooke kjørte en fiolinbue langs kanten av en tallerken dekket med mel og så nodemønstrene komme frem.
Chladnis teknikk, først publisert i 1787 i boken Entdeckungen über die Theorie des Klanges ("Oppdagelser i teorien om lyd"), besto av å tegne en bue over et metallstykke hvis overflate var lett dekket med sand. Platen ble bøyd til den nådde resonans, da vibrasjonen får sanden til å bevege seg og konsentrere seg langs knutelinjene der overflaten er stille, og skisserer knutelinjene. Mønstrene som dannes av disse linjene er det som nå kalles Chladni-figurer . Lignende nodale mønstre kan også bli funnet ved å sette sammen materialer i mikroskala på Faraday-bølger .
Chladni hadde besøkt Paris-akademiet i 1808 og hadde demonstrert vibrasjonsmønstrene for et publikum som inkluderte ikke bare de ledende franske vitenskapsmennene, men Napoleon selv; Napoleon satte en pris for den beste matematiske forklaringen. Sophie Germains svar, selv om det ble avvist på grunn av feil, var den eneste oppføringen med riktig tilnærming.
Variasjoner av denne teknikken er fortsatt ofte brukt i design og konstruksjon av akustiske instrumenter som fioliner , gitarer og celloer . Siden 1900-tallet har det blitt mer vanlig å plassere en høyttaler drevet av en elektronisk signalgenerator over eller under platen for å oppnå en mer nøyaktig justerbar frekvens.
I kvantemekanikk er Chladni-figurer ("nodale mønstre") kjent for å være relatert til løsningene av Schrödinger-ligningen for ett-elektronatomer, og matematikken som beskriver dem ble brukt av Erwin Schrödinger for å komme frem til forståelsen av elektronorbitaler.
Chladni-figurer |
---|
Musikkinstrumenter
Siden minst 1738 har et musikkinstrument kalt et Glasspiel eller verrillon , skapt ved å fylle ølglass med varierende vannmengde, vært populært i Europa. Ølglassene ble slått av treklubber formet som skjeer for å produsere "kirke og annen høytidelig musikk". Benjamin Franklin ble såpass imponert av en verrillon-forestilling på et besøk i London i 1757 til at han skapte sitt eget instrument, glass armonica , i 1762. Franklins armonica inspirerte flere andre instrumenter, inkludert to skapt av Chladni. I 1791 oppfant Chladni musikkinstrumentet kalt euphon (ikke å forveksle med messinginstrumentet euphonium ), bestående av glassstenger med forskjellige tonehøyder. Chladnis euphon er den direkte stamfaren til det moderne musikkinstrumentet kjent som Cristal Baschet . Chladni forbedret også Hookes "musikalske sylinder" for å produsere et annet instrument, clavicylinderen, i 1799.
Chladni reiste rundt i Europa med instrumentene sine og holdt demonstrasjoner.
Buede plakettinstrumenter - Chladni | |||||
---|---|---|---|---|---|
Bidrag til meteoritikk
Chladni ble interessert i meteoritikk etter en samtale han hadde med Georg Christoph Lichtenberg om en ildkule som Lichtenberg angivelig så på Gӧttingen- himmelen i november 1791. Inspirert av denne rapporten undersøkte Chladni rapporter om lignende fenomener, så vel som rapporter om andre fallende masser over hele Europa og Nord-Amerika i forrige århundre. Basert på ensartetheten blant disse observasjonene, konkluderte han med at fenomenene ildkuler og fallende masser må være ekte.
Dette førte til at han publiserte Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr ähnlicher Eisenmassen und über einige damit in Verbindung stehende Naturerscheinungen ("Om opprinnelsen til jernmassene funnet av Pallas og andre som ligner den, og om noen assosierte naturfenomener" ) i 1794. I denne boken foreslo han at meteoritter har en utenomjordisk opprinnelse. Han hevdet at dette ville forklare de høye hastighetene til de fallende massene samt knytte massene til ildkulene; de lyser intenst når de kommer inn i jordens atmosfære. Han antok at disse meteorittene var biter av materiale som enten aldri hadde blitt konsolidert i dannelsen av større masser eller var rusk fra dannelsen og ødeleggelsen av planeter . Dette var en kontroversiell uttalelse på den tiden, siden meteoritter ble antatt å være av vulkansk opprinnelse. I tillegg utfordret påstandene hans den etablerte troen på at ingenting eksisterte utenfor månen bortsett fra andre stjerner og planeter. Faktisk hadde denne antatte tomheten i rommet fascinert Chladni som barn da han lærte om den relativt store avstanden mellom Mars og Jupiter, hvor Asteroidebeltet nå er kjent for å eksistere. Denne observasjonen tok hensyn til hans konto for opprinnelsen til meteoritter.
Chladnis bok ble opprinnelig latterliggjort av samtidige fysikere, inkludert Lichtenberg. Likevel vakte forfatterskapet hans en nysgjerrighet som til slutt førte til at flere forskere støttet teorien hans. I 1795 ble en stor steinmeteoritt observert under dens fall til jorden ved en hytte nær Wold Newton i Yorkshire , England , og en del av den, kjent som Wold Cottage-meteoritten , ble gitt til den britiske kjemikeren Edward Howard , som sammen med French . mineralog Jacques de Bournon analyserte sammensetningen nøye og konkluderte med at en utenomjordisk opprinnelse var sannsynlig, og la merke til at prøven lignet sterkt på en prøve av en meteoritt fra en tidlig meteorregn i Siena, Italia . Selv om denne hendelsen ble tilskrevet et utbrudd av Vesuv , fantes ingen lignende vulkaner innenfor samme rekkevidde av Wold Newton, med den nærmeste i Hekla . I 1803 fikk fysikeren og astronomen Jean Baptiste Biot i oppdrag av den franske innenriksministeren å undersøke en meteorregn over L'Aigle i Nord-Frankrike som hadde pepret byen med tusenvis av meteorittfragmenter. I motsetning til Chladnis bok og den vitenskapelige publikasjonen av Howard og de Bournon, ble Biots livlige rapport populær og overtalte flere til å ta Chladnis innsikt på alvor.
Chladnis innsikt har fått noen i feltet til å kalle ham "meteoritikkens far", mens andre har vært mer konservative med sin vurdering av Chladnis bidrag til feltet.
Chladni fortsatte å utvikle sin rekord av meteorittobservasjoner gjennom de neste tiårene, i tillegg til å samle en samling meteorittprøver. Han donerte denne samlingen til Mineralogical Museum of Berlin University i 1827, og den ligger nå i Museum of Natural History ved Humboldt University of Berlin.
Et mineral, først beskrevet i 1993 fra Carlton (IIICD) jernmeteoritten, ble kalt chladniitt til hans ære.
Annet arbeid
Chladni oppdaget Chladnis lov , en enkel algebraisk relasjon for å tilnærme de modale frekvensene til de frie oscillasjonene til plater og andre kropper.
Chladni estimerte lydhastigheter i forskjellige gasser ved å plassere disse gassene i en orgelpipe og måle egenskapene til lydene som dukket opp når pipen ble spilt. Dette bygget på arbeid med å måle lydhastigheten i luft som Pierre Gassendi startet i 1635.
Død
Chladni døde 3. april 1827, i Breslau , Nedre Schlesien , den gang en del av kongeriket Preussen og i dag byen Wrocław i det sørvestlige Polen .
Bibliografi
- Entdeckungen über die Theorie des Klanges , Leipzig 1787.
- Die Akustik , Leipzig 1802. Fransk oversettelse: Traite d'acoustique , Paris 1809. Også i Neue Beiträge zur Akustik , Leipzig 1817.
- Beiträge zur praktischen Akustik und zur Lehre vom Instrumentbau , Leipzig 1821 ( OCLC 457664981 ).
- Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr ähnlicher Eisenmassen ved HathiTrust Digital Library , Leipzig/Riga 1794.
- Über Feuermeteore , Wien 1820.
- Über die Hervorbringung der menschlichen Sprachlaute , Leipzig 1824.
- Kurze Übersicht der Schall und Klanglehre, nebst einem Anhange die Entwickelung und Anordnung der Tonverhältnisse betreffend , Mainz 1827.
Se også
- Bessel funksjoner
- Hans Jenny (cymatikk)
- Alexander Lauterwasser , en fotograf som bruker Chladnis arbeid når han lager bilder av flytende overflater
- Tritare , en gitar som forårsaker spesielle former for Chladni-figurer
- Vibrasjoner av en sirkulær membran
Referanser
Videre lesning
- Jackson, Myles W. (2006) Harmoniske triader: Fysikere, musikere og instrumentprodusenter i Tyskland fra det nittende århundre (MIT Press).
- Marvin, Ursula B. (1996). "Ernst florens Friedrich Chladni (1756–1827) og opprinnelsen til moderne meteorittforskning". Meteoritikk . 31 (5): 545–588. Bibcode : 1996M&PS...31..545M . doi : 10.1111/j.1945-5100.1996.tb02031.x .
- Rossing TD (1982) Chladni's Law for Vibrating Plates , American Journal of Physics 50, 271–274
Eksterne linker
- Kort biografi, bibliografi og lenker om digitaliserte kilder i Virtual Laboratory ved Max Planck Institute for the History of Science
- Die Akustik , 1802 av Ernst Chladni ved universitetene i Strasbourg
- Video av Chladni-mønstre gjennom frekvensområdet på YouTube (Tilsøkt 31.05.08)
- Simulerte Chladni-mønstre på en rektangulær plate på YouTube (åpnet 18.05.14)
- Eksempler med runde, firkantede, stadionplater og fiolinformer
- Chladni tallerkener
- Elektromagnetisk drevet Chladni plate
- Bruk av Chladni-mønstre i konstruksjon av fioliner
- Chladni-mønstre for gitarplater
- En forklaring på hvordan man konstruerer en Chladni-plate for klasserommet
- Andre bilder av Chladni kan sees på dette nettstedet og på Science and Society Picture Library .
- Bowley, Roger (2009). "Chladnis tallerken" . Seksti symboler . Brady Haran for University of Nottingham .
- Ernst Chladni på Monoskop.org