Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено с рисунка Хладни )
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Хладни» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о лунном кратере, см. Хладни (кратер) .
Эрнст Хладни
Echladni.jpg
Эрнст Хладни
Рожденный30 ноября 1756 г. ( 1756-11-30 )
Виттенберг , Саксония
(ныне Виттенберг , Саксония-Анхальт , Германия)
Умер3 апреля 1827 г. (70 лет) ( 1827-04-04 )
Бреслау , Пруссия , Германская Конфедерация
(ныне Вроцлав , Польша)
НациональностьНемецкий
Известен
Научная карьера
ПоляФизика

Эрнст Флоренс Фридрих Хладни ( нем.: [ˈƐʁnst ˈfloːʁɛns ˈfʁiːdʁɪç ˈkladnɪ] ; 30 ноября 1756 г. - 3 апреля 1827 г.) был немецким физиком и музыкантом . Его самая важная работа, за которую его иногда называют отцом акустики , включала исследование вибрирующих пластин и расчет скорости звука для различных газов . [1] Он также предпринял новаторскую работу по изучению метеоритов, и некоторые считают его отцом метеоритов . [2]

Ранняя жизнь [ править ]

Хотя Хладни родился в Виттенберге в Саксонии , его семья происходила из Кремницы , которая тогда была частью Венгерского королевства, а сегодня - шахтерским городком в центральной Словакии . Хладне поэтому были идентифицирован как немецкая , [3] [4] Венгерский [5] и словацкая . [6]

Мартин Хладни, дед Эрнста Хладни

Хладни происходил из образованной семьи академиков и ученых мужчин. Прадед Хладни, лютеранский священник Георг Хладни (1637–1692), покинул Кремницу в 1673 году во время Контрреформации . Дед Хладни, Мартин Хладни (1669–1725), также был лютеранским богословом и в 1710 году стал профессором богословия в университете Виттенберга . Он был деканом богословского факультета в 1720–1721 годах, а затем стал ректором университета . Дядя Хладни, Юстус Георг Хладни (1701–1765), был профессором права в университете. [ необходима цитата ] Другой дядя, Иоганн Мартин Хладни (1710–1759), был теологом, историком и профессором вУниверситет Эрлангена и Лейпцигский университет .

Метод Хладни создания фигур Хладни

Отец Хладни, Эрнст Мартин Хладни (1715–1782), был профессором права и ректором Виттенбергского университета. Он вступил в юридический факультет там в 1746 г. [ править ] мать Хладни была Johanna София , и он был единственным ребенком. [7] Его отец не одобрял интереса сына к науке и настаивал на том, чтобы Хладни стал юристом. [6] [8] [9]

Карьера [ править ]

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 [ править ]

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 для демонстрации различных форм вибрации на твердой поверхности, известной как фигуры Хладни из-за различных форм или узоров, созданных различными модами. При резонансе пластина или мембрана делятся на области, которые колеблются в противоположных направлениях, ограниченные линиями, на которых вибрации не возникает ( узловые линии ). Хладни повторил новаторские эксперименты Роберта Гука, который 8 июля 1680 года наблюдал узловые узоры, связанные с колебаниями стеклянных пластин. Гук провел смычком по краю тарелки, засыпанной мукой, и увидел, как появляются узлы. [10][8] [9] [11]

Техника Хладни, впервые опубликованная в 1787 году в его книге Entdeckungen über die Theorie des Klanges («Открытия в теории звука»), заключалась 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 там, где поверхность неподвижна, очерчивая узловые линии. Узоры, образованные этими линиями, теперь называют фигурами Хладни . Подобные узловые узоры также можно найти, собирая микромасштабные материалы на волнах Фарадея . [12]

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

Варианты этой техники до сих пор широко используются при разработке и изготовлении акустических инструментов, таких как скрипки , гитары и виолончели . С 20-го века стало более обычным размещать громкоговоритель, управляемый электронным генератором сигналов, над пластиной или под пластиной для достижения более точной регулируемой частоты.

В квантовой механике фигуры Хладни («узловые узоры»), как известно, связаны с решениями уравнения Шредингера для одноэлектронных атомов, а математика, описывающая их, была использована Эрвином Шредингером, чтобы прийти к пониманию электронных орбиталей. [14]

Фигуры Хладни
Клавицилиндр

Музыкальные инструменты [ править ]

По крайней мере, с 1738 года в Европе был популярен музыкальный инструмент, называемый гласспиль или верриллон , созданный путем наполнения пивных бокалов разным количеством воды. [15] По пивным бокалам ударяли деревянными молотками в форме ложек для воспроизведения «церковной и другой торжественной музыки». [16] Бенджамин Франклин был достаточно впечатлен выступлением верриллона во время визита в Лондон в 1757 году, поэтому он создал свой собственный инструмент, стеклянную армонику , в 1762 году. Армоника Франклина вдохновила несколько других инструментов, в том числе два, созданные Хладни. В 1791 году Хладни изобрел музыкальный инструмент под названием эуфон (не путать с медным духовым инструментом эуфониум).), состоящий из стеклянных стержней разного шага. Эуфон Хладни является прямым предком современного музыкального инструмента, известного как Cristal Baschet . [17] Хладни также усовершенствовал «музыкальный цилиндр» Гука , чтобы в 1799 году создать еще один инструмент, клавицилиндр. [8] [9] [16]

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

Смычковые бляшечные инструменты - Хладни
Воспроизвести медиа
прямоугольник
Воспроизвести медиа
прямоугольник
Воспроизвести медиа
прямоугольник
Воспроизвести медиа
прямоугольник
Воспроизвести медиа
прямоугольник
Воспроизвести медиа
прямоугольник
Воспроизвести медиа
треугольник
Воспроизвести медиа
треугольник
Воспроизвести медиа
треугольник
Воспроизвести медиа
треугольник
Воспроизвести медиа
треугольник
Воспроизвести медиа
септагон
Воспроизвести медиа
септагон
Воспроизвести медиа
септагон
Воспроизвести медиа
септагон
Воспроизвести медиа
септагон
Воспроизвести медиа
диск
Воспроизвести медиа
септагон
Воспроизвести медиа
септагон
Воспроизвести медиа
септагон
Воспроизвести медиа
треугольник
Воспроизвести медиа
треугольник
Воспроизвести медиа
пятиугольник
Воспроизвести медиа
пятиугольник
Воспроизвести медиа
септаграмма
Воспроизвести медиа
септаграмма
Воспроизвести медиа
квадрат
Воспроизвести медиа
квадрат
Воспроизвести медиа
квадрат
Воспроизвести медиа
квадрат
Воспроизвести медиа
пятиугольник
Воспроизвести медиа
пятиугольник

Вклад в метеоритику [ править ]

Хладни заинтересовался метеоритами после разговора с Георгом Кристофом Лихтенбергом о огненном шаре, который Лихтенберг якобы видел в небе над Геттингеном в ноябре 1791 года. Вдохновленный этим отчетом, Хладни исследовал сообщения о подобных явлениях, а также сообщения о других падающих массах по всей Европе. и Северная Америка в прошлом веке. Основываясь на единообразии этих наблюдений, он пришел к выводу, что явления огненных шаров и падающих масс должны быть подлинными. [18]

Это побудило его опубликовать « Uber den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr ähnlicher Eisenmassen und über einige damit» в Verbindung stehende Naturerscheinungen («О происхождении железных масс, обнаруженных Палладой и другими подобными ей, и о некоторых связанных природных явлениях». ) в 1794 году. В этой книге он предположил, что метеориты имеют внеземное происхождение. [19] [20]Он утверждал, что это объясняет высокие скорости 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 при формировании более крупных масс, либо являлись обломками образования и разрушения планет . [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, как теперь известно, существует Пояс астероидов . Это наблюдение было учтено в его объяснении происхождения метеоритов. [18]

Книга Хладни изначально высмеивалась современными физиками, в том числе Лихтенбергом. [22] Тем не менее, его труды вызвали любопытство, которое в конечном итоге привело к тому, что больше исследователей поддержали его теорию. В 1795 году большой каменный метеорит был замечен во время его падения на Землю в коттедже недалеко от Уолд-Ньютона в Йоркшире , Англия, и его часть, известная как метеорит Уолд-Коттедж , была передана британскому химику Эдварду Ховарду, который вместе с французом 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 Сиене, Италия . [23] Хотя это событие было приписано извержению вулкана Везувий , подобных вулканов не существовало в пределах того же диапазона Вольд Ньютон, а ближайший к нему находился в Гекле . [22] [23] В 1803 году министр внутренних дел Франции поручил физику и астроному Жану Батисту Био исследовать метеорный поток над Л'Эглем.на севере Франции, которая засыпала город тысячами осколков метеорита. [24] [8] [9] В отличие от книги Хладни и научной публикации Ховарда и де Бурнона, живой отчет 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 оценке вклада Хладни в эту область. [18]

Хладни продолжал вести записи 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 им. Гумбольдта. [25] [26]

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

Другая работа [ править ]

Хладни открыл 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 построено на работы по измерению скорости звука в воздухе , что Гассенди начал в 1635 году [ править ]

Смерть [ править ]

Хладни умер 3 апреля 1827 года в Бреслау , Нижняя Силезия , в то время входившем в состав Прусского королевства, а сегодня в городе Вроцлав на юго-западе Польши . [30]

Библиография [ править ]

  • Entdeckungen über die Theorie des Klanges , Лейпциг, 1787 г.
  • Die Akustik , Лейпциг, 1802. Французский перевод: Traite d'acoustique , Paris 1809. Также в 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 в цифровой библиотеке HathiTrust , Лейпциг / Рига 1794.
  • Über Feuermeteore , Вена 1820.
  • 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.

См. Также [ править ]

  • Функции Бесселя
  • Ханс Дженни (киматика)
  • Александр Лаутервассер , фотограф, который использует работы Хладни при создании изображений жидких поверхностей.
  • Tritare , гитара, вызывающая особые формы фигур Хладни.
  • Колебания круговой мембраны

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Коллекции Уиппла: Эрнст Хладни" . Кембриджский университет . Проверено 27 февраля 2010 .
  2. ^ а б Маккой, TJ; 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, предварительный просмотр изображения 1802 года , библиотека изображений науки и общества
  5. ^ Маклафлин, Джойс (1998). «Хорошие вибрации» . Американский ученый . 86 (4): 342. Bibcode : 1998AmSci..86..342M . DOI : 10.1511 / 1998.4.342 . Архивировано из оригинала на 2008-01-23 . Проверено 2 ноября 2007 .
  6. ^ a b c d "Жизнь и работа EFF Chladni" , D. Ullmann1, The European Physical Journal - Special Topics, Springer, Berlin / Heidelberg, ISSN 1951-6355 (Print) ISSN 1951-6401 (Online), Issue Volume 145 , номер 1, июнь 2007, DOI : 10,1140 / epjst / e2007-00145-4 , стр 25-32.  
  7. ^ Хоккей, Томас (2009). Биографическая энциклопедия астрономов . Издательство Springer . ISBN 978-0-387-31022-0. Проверено 22 августа 2012 года .
  8. ^ а б в г д Дэниел П. Маквей (2000). "Эрнст Флоренс Фридрих Хладни" . Ранняя история телефона 1664-1865 гг . Архивировано из оригинала на 2013-03-07.
  9. ^ a b c d e P. 101 Оксфордский словарь ученых - Oxford University Press - 1999
  10. ^ Гук, Роберт (1935). Робинсон, Генри В .; Адамс, Уолтер (ред.). Дневник Роберта Гука, Массачусетс, Мэриленд, ФРС, 1672–1680… . Лондон, Англия: Тейлор и Фрэнсис. п. 448.
  11. ↑ Галилей 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. Гувен, 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 . Проверено 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 , 5 июня 2016 г.
  15. ^ Шлезингер, Кэтлин (1911). «Гармоника»  . Британская энциклопедия . 12 (11-е изд.). п. 956. 1911 издание Британской энциклопедии также кредиты Эдвард DeLaval с изобретая verrillon.
  16. ^ a b 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 , автора (ов) обзора: Рахма Хазам, Леонардо , Vol. 33, № 4 (2000), стр. 336–337
  18. ^ a b c d Марвин, Урсула Б. (1996). «Эрнст Флоренс Фридрих Хладни (1756–1827) и истоки современных исследований метеоритов». Метеоритика и планетология . 31 (5): 545–588. DOI : 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 Палласом на некоторых связанных с ним природных явлениях, и с ними] (Рига, Латвия: Иоганн Фридрих Харткнох, 1794). Доступно в Интернете по адресу: Саксонская государственная и университетская библиотека в Дрездене, Германия .
  20. ^ a b Максуин, Гарри Ю. (1999). Метеориты и их родительские планеты (2-е изд.). Кембридж [ua]: Издательство Кембриджского университета. 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 над некоторыми каменными и металлическими веществами, которые, как говорят, в разное время выпали на Землю, а также над различными видами самородного железа» . Философские труды Лондонского королевского общества . 92 : 168–212. Bibcode : 1802RSPT ... 92..168H . DOI : 10.1098 / rstl.1802.0009 .
  24. ^ См .:
    • Биот, Ж.-Б. (1803 г.). "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 Classe des Sciences Mathématiques et Physiques de l'Institut National de France (на французском языке). 7 : 224–265.
    • Перепечатано в виде брошюры: Biot, J.-B. (1803 г.). 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 наблюдаемого метеора в Л'Эгле, 6 Флореальского года XI ] (на французском языке). Париж, Франция: Бодуан.
  25. ^ Хладни, EFF (2009-08-10). «I. Новый каталог метеорных камней, масс метеорного железа и других веществ, о падении которых стало известно до настоящего времени» . Философский журнал . 67 (333): 3–21. DOI : 10.1080 / 14786442608674005 .
  26. ^ Knöfel, А. и Дж 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, TJ; Стил, И. М.; 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» . Физический факультет Дэвидсон-колледжа . Проверено 2 апреля 2018 .
  29. ^ Хладни, Эрнст (1756–1827) , Мир научной биографии Эрика Вайсштейна .
  30. ^ Musielak, Дора Е. (23 января 2015). Основная тайна: жизнь и математика Софи Жермен . АвторДом. п. 52. ISBN 9781496965011. Проверено 1 апреля 2018 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Джексон, Майлс В. (2006) Гармоничные триады: физики, музыканты и производители инструментов в Германии девятнадцатого века (MIT Press).
  • 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 . DOI : 10.1111 / j.1945-5100.1996.tb02031.x .
  • Россинг Т.Д. (1982) Закон Хладни для вибрирующих пластин , Американский журнал физики 50, 271–274

Внешние ссылки [ править ]

  • Краткая биография, библиография и ссылки на оцифрованные источники в виртуальной лаборатории в Институте Макса Планка по истории науки
  • Die Akustik , 1802 Эрнст Хладни в университетах Страсбурга
  • Видео с паттернами Хладни в частотном диапазоне на YouTube (дата обращения 31.05.08)
  • Смоделированные узоры Хладни на прямоугольной тарелке на YouTube (дата обращения 18.05.14)
  • Примеры с круглыми, квадратными, стадионными пластинами и формами скрипок
  • Хладни плиты
  • Пластина Хладни с электромагнитным приводом
  • Использование узоров Хладни при изготовлении скрипок
  • Хладни паттерны для гитарных пластинок
  • Объяснение того, как построить тарелку Хладни для класса.
  • Другие фотографии Хладни можно посмотреть на этом сайте и в библиотеке изображений « Наука и общество» .
  • Боули, Роджер (2009). "Тарелка Хладни" . Шестьдесят символов . Brady Харан для Ноттингемского университета .
  • Эрнст Хладни на Monoskop.org