Эрнст Хладни - Ernst Chladni

«Хладни» перенаправляется сюда. Для лунного кратера см. Хладни (кратер).
Эрнст Хладни
Echladni.jpg
Эрнст Хладни
Родившийся30 ноября 1756 г. (1756-11-30)
Виттенберг, Саксония
(сейчас же Виттенберг, Саксония-Анхальт, Германия)
Умер3 апреля 1827 г. (1827-04-04) (в возрасте 70 лет)
Бреслау, Пруссия, Германская конфедерация
(сейчас же Вроцлав, Польша)
НациональностьНемецкий
Известен
Научная карьера
ПоляФизика

Эрнст Флоренс Фридрих Хладни (Немецкий: [ˈƐʁnst ˈfloːʁɛns ˈfʁiːdʁɪç ˈkladnɪ]; 30 ноября 1756 г. - 3 апреля 1827 г.) Немецкий физик и музыкант. Его самая важная работа, за которую его иногда называют отец акустики, включая исследования по вибрирующий тарелки и расчет скорость звука для разных газы.[1] Он также предпринял новаторскую работу по изучению метеориты и рассматривается некоторыми как отец метеоритика.[2]

Ранние годы

Хотя Хладни родился в Виттенберг в Саксония, его семья произошла из Кремница, то часть Королевство Венгрия и сегодня шахтерский город в центре Словакия. Таким образом, Хладни был идентифицирован как Немецкий,[3][4] Венгерский[5] и словацкий.[6]

Мартин Хладни, дед Эрнста Хладни

Хладни происходил из образованной семьи академиков и ученых мужчин. Прадед Хладни, Лютеранский священник Георг Хладни (1637–1692 гг.) покинул Кремницу в 1673 г. во время Контрреформация. Дед Хладни, Мартин Хладни (1669–1725), также был лютеранским теологом и в 1710 году стал профессором богословие на Виттенбергский университет. Он был деканом богословского факультета в 1720–1721 годах, а позже стал университетским ректор. Дядя Хладни, Юстус Георг Хладни (1701–1765), был профессором права в университете.[нужна цитата ]Другой дядя, Иоганн Мартин Хладни (1710–1759), был теологом, историком и профессором Университет Эрлангена и Лейпцигский университет.

Метод Хладни создания фигур Хладни

Отец Хладни, Эрнст Мартин Хладни (1715–1782), был профессором права и ректором Виттенбергского университета. Там он поступил на юридический факультет в 1746 году.[нужна цитата ] Матерью Хладни была Иоанна София, и он был единственным ребенком в семье.[7] Его отец не одобрял интереса сына к науке и настаивал на том, чтобы Хладни стал юристом.[6][8][9]

Карьера

Хладни изучал право и философию в Виттенберге и Лейпциге, получив степень юриста в Лейпцигском университете в 1782 году. В том же году умер его отец, и он всерьез занялся физикой.[8][9] Он читал лекции по праву, математике и естественным наукам в университете Виттенберга с 1783 по 1792 год. В это время он начал свои первые эксперименты с акустикой.[6]

Фигуры Хладни

Хладни узоры на спинке гитары
Фигура Хладни на прямоугольной пластине, поддерживаемой в центре
Другой режим той же тарелки

Одним из самых известных достижений Хладни было изобретение техники показа различных режимы вибрации на твердой поверхности, известной как Фигуры Хладни из-за различных форм или узоров, созданных в различных режимах. Когда резонирующий, пластина или мембрана разделены на области, которые вибрируют в противоположных направлениях, ограниченные линиями, на которых не возникает вибрации (узловые линии ). Хладни повторил новаторские эксперименты Роберт Гук который 8 июля 1680 г. наблюдал узлы связанные с колебаниями стеклянных пластин. Гук играл на скрипке поклон По краю тарелки, засыпанной мукой, появляются узоры.[10][8][9][11]

Методика Хладни, впервые опубликованная в 1787 году в его книге Entdeckungen über die Theorie des Klanges («Открытия в теории звука») состояла в натягивании лука на кусок металла, поверхность которого была слегка засыпана песком. Пластина изгибалась до тех пор, пока не достигла резонанса, когда вибрация заставляет песок двигаться и концентрироваться вдоль узловых линий, где поверхность неподвижна, очерчивая узловые линии. Образцы, образованные этими линиями, теперь называются Фигуры Хладни. Подобные узловые узоры также можно найти, собирая микромасштабные материалы на Волны Фарадея.[12]

Хладни посетил Парижскую академию в 1808 году и продемонстрировал модели вибрации перед аудиторией, в которую входили не только ведущие французские ученые, но и Наполеон сам; Наполеон установил приз за лучшее математическое объяснение. Софи Жермен Ответ, хотя и отклоненный из-за недостатков, был единственной записью с правильным подходом.[13]

Вариации этой техники до сих пор широко используются при разработке и изготовлении акустических инструментов, таких как скрипки, гитары, и виолончели. Начиная с 20-го века стало более обычным размещать громкоговоритель с электронным управлением. генератор сигналов над или под пластиной, чтобы добиться более точной настройки частоты.

В квантовая механика, Фигуры Хладни («узловые узоры»), как известно, связаны с решениями Уравнение Шредингера для одноэлектронных атомов, и математика, описывающая их, использовалась Эрвин Шредингер прийти к пониманию электронных орбиталей.[14]

Фигуры Хладни
Хладни тарелка 24.jpg Хладни тарелка 23.jpg Хладни тарелка 16.jpg Хладни тарелка 25.jpg
Тарелка Хладни 05.jpg Хладни тарелка 04.jpg Хладни тарелка 03.jpg Хладни тарелка 21.jpg
Хладни тарелка 12.jpg Хладни тарелка 15.jpg Хладни тарелка 14.jpg Хладни тарелка 11.jpg
Хладни тарелка 19.jpg Хладни тарелка 17.jpg Хладни тарелка 18.jpg Тарелка Хладни 02.jpg
Хладни тарелка 22.jpg Тарелка Хладни 26.jpg Тарелка Хладни 27.jpg Хладни тарелка 20.jpg
Тарелка Хладни 06.jpg Хладни тарелка 09.jpg Тарелка Хладни 07.jpg Хладни тарелка 08.jpg
Клавицилиндр

Музыкальные инструменты

По крайней мере с 1738 года музыкальный инструмент назывался Гласспиль или же Verrillon, созданный путем наполнения пивных стаканов различным количеством воды, был популярен в Европе.[15] По пивным бокалам ударяли деревянными молотками в форме ложек для воспроизведения «церковной и другой торжественной музыки».[16] Бенджамин Франклин был достаточно впечатлен игрой верриллона во время визита в Лондон в 1757 году, что создал свой собственный инструмент, стекло армоника в 1762 году армоника Франклина вдохновила на создание нескольких других инструментов, в том числе двух, созданных Хладни. В 1791 году Хладни изобрел музыкальный инструмент под названием эуфон (не путать с духовым инструментом эуфониум ), состоящий из стеклянных стержней разного шага. Эуфон Хладни - прямой предок современного музыкального инструмента, известного как Кристал Баше.[17] Хладни также усовершенствовал «музыкальный цилиндр» Гука, чтобы создать еще один инструмент, ключичный цилиндр, в 1799 г.[8][9][16]

Хладни путешествовал по Европе с демонстрациями своих инструментов.[6]

Смычковые пластинчатые инструменты - Хладни
прямоугольник
прямоугольник
прямоугольник
прямоугольник
прямоугольник
прямоугольник
треугольник
треугольник
треугольник
треугольник
треугольник
септагон
септагон
септагон
септагон
септагон
диск
септагон
септагон
септагон
треугольник
треугольник
пятиугольник
пятиугольник
септаграмма
септаграмма
квадрат
квадрат
квадрат
квадрат
пятиугольник
пятиугольник

Вклад в метеоритику

Хладни заинтересовался метеоритикой после разговора с Георг Кристоф Лихтенберг о огненном шаре, который Лихтенберг якобы видел в Gttingen небо в ноябре 1791 года. Вдохновленный этим отчетом, Хладни исследовал сообщения о подобных явлениях, а также сообщения о других падающих массах в Европе и Северной Америке в течение последнего столетия. Основываясь на единообразии этих наблюдений, он пришел к выводу, что явления огненных шаров и падающих масс должны быть подлинными.[18]

Это привело его к публикации Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr ähnlicher Eisenmassen und über einige damit in Verbindung stehende Naturerscheinungen («О происхождении железных масс, обнаруженных Паллада и другие подобные ему, и о некоторых связанных природных явлениях ») в 1794 году. В этой книге он предположил, что метеориты есть внеземной источник.[19][20] Он утверждал, что это объясняет высокую скорость падающих масс, а также их связь с огненными шарами; они ярко светятся при входе в атмосферу Земли. Он выдвинул гипотезу, что эти метеориты были кусками материала, которые либо никогда не консолидировались с образованием более крупных масс, либо были обломками образования и разрушения планеты.[18] В то время это было спорным заявлением,[21] поскольку считалось, что метеориты имеют вулканическое происхождение. Кроме того, его утверждения бросили вызов устоявшемуся убеждению, что за пределами Луны ничего не существовало, кроме других звезд и планет. Действительно, эта предполагаемая пустота космоса очаровала Хладни в детстве, когда он узнал об относительно большом расстоянии между Марсом и Юпитером, где Пояс астероидов теперь известно о существовании. Это наблюдение было учтено в его объяснении происхождения метеоритов.[18]

Книгу Хладни первоначально высмеивали современные физики, в том числе Лихтенберг.[22] Тем не менее, его труды вызвали любопытство, которое в конечном итоге привело к тому, что больше исследователей поддержали его теорию. В 1795 г. каменный метеорит наблюдался при его падении на Землю в коттедже недалеко от Уолд Ньютон в Йоркшир, Англия и его часть, известная как Метеорит Wold Cottage, был отдан Британский химик Эдвард Ховард кто вместе с Французский минералог Жак де Бурнон, тщательно проанализировал его состав и пришел к выводу о вероятности внеземного происхождения, отметив, что образец очень похож на образец метеорита из раннего метеорного потока в Сиена, Италия.[23] Хотя это событие было приписано извержению Гора Везувий, подобных вулканов не существовало в пределах одного ареала Уолд-Ньютон, а ближайший из них находился в Гекла.[22][23] В 1803 г. физик и астроном Жан Батист Биот был заказан Министр внутренних дел Франции исследовать метеоритный дождь над Л'Эглем на севере Франции, которая засыпала город тысячами осколков метеорита.[24][8][9] В отличие от книги Хладни и научных публикаций Говарда и де Бурнона, живой доклад Био стал популярным и убедил больше людей серьезно относиться к идеям Хладни.[20]

Понимание Хладни привело к тому, что некоторые в этой области назвали его «отцом метеоритики», в то время как другие были более консервативны в своей оценке вклада Хладни в эту область.[18]

Хладни продолжал вести учет наблюдений за метеоритами в течение следующих нескольких десятилетий, а также собирал коллекцию образцов метеоритов. Он пожертвовал эту коллекцию Минералогическому музею Берлинского университета в 1827 году, и сейчас она находится в Музее естественной истории Берлинского университета Гумбольдта.[25][26]

Минерал, впервые описанный в 1993 году из железного метеорита Карлтон (IIICD), был назван хладниит в его честь.[2][27]

Другая работа

Хладни обнаружил Закон Хладни, простое алгебраическое соотношение для аппроксимации модальных частот свободных колебаний пластин и других тел.[28]

Хладни оценил скорости звука в различных газах, поместив эти газы в органную трубу и измерив характеристики звуков, возникающих при игре на трубе.[29] Это основано на работе по измерению скорости звука в воздухе, Пьер Гассенди началось в 1635 году.[нужна цитата ]

Смерть

Хладни умер 3 апреля 1827 г. Бреслау, Нижняя Силезия, то часть Королевство Пруссия и сегодня город Вроцлав на юго-западе Польша.[30]

Библиография

  • Entdeckungen über die Theorie des Klanges, Лейпциг 1787 г.
  • Die Akustik, Лейпциг 1802. Французский перевод: Traite d’acoustique, Париж 1809. Также в Neue Beiträge zur Akustik, Лейпциг 1817.
  • Beiträge zur praktischen Akustik und zur Lehre vom Instrumentbau, Лейпциг 1821 г. (OCLC  457664981 ).
  • Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr ähnlicher Eisenmassen на Цифровая библиотека HathiTrust, Лейпциг / Рига 1794.
  • Über Feuermeteore, Вена 1820 г.
  • Über die Hervorbringung der menschlichen Sprachlaute, Лейпциг 1824 г.
  • Kurze Übersicht der Schall und Klanglehre, nebst einem Anhange die Entwickelung und Anordnung der Tonverhältnisse Betreffend, Майнц 1827.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Коллекции Уиппла: Эрнст Хладни". Кембриджский университет. Получено 2010-02-27.
  2. ^ а б Маккой, Т. Дж .; Стил, И. М .; Keil, K .; Леонард, Б. Ф .; Эндресс, М. (1993). «Хладниит: новый минерал в честь отца метеоритики». Метеоритика. 28 (3): 394. Bibcode:1993Metic..28Q.394M.
  3. ^ "Эрнст Флоренс Фридрих Хладни, или Эрнст Ф. Ф. Хладни (немецкий физик)", Британская энциклопедия: Статьи по Теме
  4. ^ Эрнст Флоренс Фридрих Хладни, немецкий физик, 1802 г. Предварительный просмотр изображения, Библиотека изображений науки и общества
  5. ^ Маклафлин, Джойс (1998). "Хорошие колебания". Американский ученый. 86 (4): 342. Bibcode:1998AmSci..86..342M. Дои:10.1511/1998.4.342. Архивировано из оригинал на 2008-01-23. Получено 2007-11-02.
  6. ^ а б c d "Жизнь и творчество Э.Ф.Ф. Хладни", Д. Ульманн1, Европейский физический журнал - Специальные темы, Springer, Берлин / Гейдельберг, ISSN  1951-6355 (Распечатать) ISSN  1951-6401 (Online), Issue Volume 145, Number 1, June 2007, Дои:10.1140 / epjst / e2007-00145-4, стр. 25–32
  7. ^ Хоккей, Томас (2009). Биографическая энциклопедия астрономов. Издательство Springer. ISBN  978-0-387-31022-0. Получено 22 августа, 2012.
  8. ^ а б c d е Дэниел П. Маквей (2000). "Эрнст Флоренс Фридрих Хладни". Ранняя история телефона 1664-1865 гг.. Архивировано из оригинал на 2013-03-07.
  9. ^ а б c d е С. 101 Оксфордский словарь ученых - Oxford University Press, 1999.
  10. ^ Гук, Роберт (1935). Робинсон, Генри В .; Адамс, Уолтер (ред.). Дневник Роберта Гука, M.A., M.D., F.R.S., 1672–1680…. Лондон, Англия: Тейлор и Фрэнсис. п. 448.
  11. ^ Галилео наблюдал колебательные узоры на латунной пластине еще в 1638 году. См .: Галилей, Галилей; Экипаж, Генри и де Сальвио, Альфонсо, пер. (впервые опубликовано на итальянском языке в 1638; 1914) Диалоги о двух новых науках Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Macmillan Co., стр. 101–102. С п. 100: «Когда я царапал латунную пластину острым железным зубилом, чтобы удалить с нее некоторые пятна, и довольно быстро водил по ней долотом, я один или два раза, во время многих ударов, услышал, как пластина испускает довольно сильный и сильный звук. чистый свистящий звук; посмотрев на тарелку более внимательно, я заметил длинный ряд мелких полос, параллельных и равноудаленных друг от друга ».
  12. ^ П. Чен, З. Луо, С. Гювен, С. Тасоглу, А. Венг, А. В. Ганесан, У. Демирчи, Advanced Materials 2014, 10.1002 / adma.201402079. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201402079/abstract
  13. ^ «Революционный математик». Суперкомпьютерный центр Сан-Диего. Получено 16 марта 2016.
  14. ^ Дж. Майкл МакБрайд, «Фигуры Хладни и одноэлектронные атомы», лекция № 9, курс органической химии для первокурсников (CHEM 125), открытые курсы Йельского университета, Йельский университет, видео, записанное осенью 2008 г., доступно на YouTube, https://www.youtube.com/watch?v=5kYLE8GhAuE, 2016-06-05.
  15. ^ Шлезингер, Кэтлин (1911). "Гармоника". Британская энциклопедия. 12 (11-е изд.). п. 956. Издание 1911 г. Британская энциклопедия также кредиты Эдвард Делаваль с изобретением верриллона.
  16. ^ а б Шлезингер, Кэтлин (1911). "Гармоника". В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия. 12 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 956.
  17. ^ "Les Sculptures Sonores: Звуковые скульптуры Бернара и Франсуа Баше" Франсуа Баше, Автор (ы) обзора: Рахма Хазам, Леонардо, Vol. 33, № 4 (2000), стр. 336–337
  18. ^ а б c d Марвин, Урсула Б. (1996). «Эрнст Флоренс Фридрих Хладни (1756–1827) и истоки современных исследований метеоритов». Метеоритика и планетология. 31 (5): 545–588. Дои:10.1111 / j.1945-5100.1996.tb02031.x. ISSN  1945-5100.
  19. ^ Хладни, Эрнст Флоренс Фридрих, Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr ähnlicher Eisenmassen und über einige damit in Verbindung stehende Naturerscheinungen [О происхождении масс железа, обнаруженных Паллада и другие подобные ему, а также о некоторых связанных с ними природных явлениях] (Рига, Латвия: Иоганн Фридрих Харткнох, 1794). Доступно в Интернете по адресу: Саксонская государственная и университетская библиотека в Дрездене, Германия.
  20. ^ а б Максуин, Гарри Ю. (1999). Метеориты и их родительские планеты (2-е изд.). Кембридж [u.a.]: Cambridge University Press. ISBN  978-0-521-58303-9.
  21. ^ Уильямс, Генри Смит (1904). "5". История науки. 3. Харпер. п. 168ff. ISBN  978-0-250-40142-0.
  22. ^ а б Рон Коуэн. «После падения». Новости науки, т. 148, нет. 16, 1995, стр. 248–249. JSTOR, www.jstor.org/stable/4018119. По состоянию на 16 марта 2020 г.
  23. ^ а б Ховард, Эдвард (1802). «Эксперименты и наблюдения некоторых каменных и металлических веществ, которые, как говорят, в разное время выпали на Землю, а также различных видов самородного железа». Философские труды Лондонского королевского общества. 92: 168–212. Bibcode:1802РСПТ ... 92..168Н. Дои:10.1098 / рстл.1802.0009.
  24. ^ Видеть:
    • Биот, Ж.-Б. (1803). "Relation d'un voyage fait dans le département de l'Orne pour constater la réalité d'un météore observé à l'Aigle le 6 floréal an XI" [Отчет о поездке, совершенной в департаменте Орн, чтобы отметить реальность метеор наблюдался в Л'Эгле 6 Флореаля XI года]. Mémoires de la Class des Sciences Mathématiques and Physiques de l'Institut National de France (На французском). 7: 224–265.
    • Перепечатано в виде брошюры: Биот, Ж.-Б. (1803). Relation d'un voyage fait dans le département de l'Orne pour constater la réalité d'un météore observé à l'Aigle le 6 floréal an XI [Отчет о поездке, совершенной в департаменте Орн для наблюдения за реальностью метеора, наблюдаемого в Л'Эгле 6 Флореаля XI года.] (На французском). Париж, Франция: Бодуан.
  25. ^ Хладни, Э. Ф. Ф. (10 августа 2009 г.). «I. Новый каталог метеорных камней, масс метеоритного железа и других веществ, о падении которых стало известно до настоящего времени». Философский журнал. 67 (333): 3–21. Дои:10.1080/14786442608674005.
  26. ^ Knöfel, A., and J. Rendtel. «Хладни и космическое происхождение болидов и метеоритов. Двести лет метеорной астрономии и науки о метеоритах». WGN, журнал Международной метеорной организации 22 (1994): 217-219.
  27. ^ Маккой, Т.Дж .; Стил, I.M .; Keil, K .; Леонард, Б.Ф .; Эндреβ, М. (1994). «Хладниит, Na2CaMg7 (PO4) 6: новый минерал из железного метеорита Карлтон (IIICD)». Американский минералог. 79: 375–380. Bibcode:1994AmMin..79..375M.
  28. ^ Кверно, Дерек; Нолен, Джим. "История закона Хладни". Дэвидсон колледж Физический факультет. Получено 2018-04-02.
  29. ^ Хладни, Эрнст (1756–1827), Мир научной биографии Эрика Вайсштейна.
  30. ^ Мусиелак, Дора Э. (23 января 2015 г.). Основная тайна: жизнь и математика Софи Жермен. АвторДом. п. 52. ISBN  9781496965011. Получено 1 апреля 2018.

дальнейшее чтение

  • Джексон, Майлз В. (2006) Гармоничные триады: физики, музыканты и производители инструментов в Германии девятнадцатого века (Пресса MIT).
  • Марвин, Урсула Б. (1996). «Эрнст Флоренс Фридрих Хладни (1756–1827) и истоки современных исследований метеоритов». Метеоритика. 31 (5): 545–588. Bibcode:1996M & PS ... 31..545M. Дои:10.1111 / j.1945-5100.1996.tb02031.x.
  • Россинг Т. Д. (1982) Закон Хладни для виброплит, Американский журнал физики 50, 271–274.

внешняя ссылка