Эрнст Хладни
Эрнст Хладни | |
---|---|
Рожденный | 30 ноября 1756 г. |
Умер | 3 апреля 1827 г. | (70 лет)
Национальность | немецкий |
Известный |
|
Научная карьера | |
Поля | Физика |
Учреждения | Эрлангенский университет , Лейпцигский университет |
Докторантура | Георг Кристоф Лихтенберг |
Докторанты | Эрнст Генрих Вебер |
Эрнст Флоренс Фридрих Хладни (англ. Великобритания : / ˈ k l æ d n i / , США : / ˈ k l ɑː d n i / , Немецкий: [ɛʁnst ˈfloːʁɛns ˈfʁiːdʁɪç ˈkladniː] ; 30 ноября 1756 — 3 апреля 1827) — немецкий физик и музыкант . 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 в области изучения метеоритов и рассматривается некоторыми как отец метеоритики . [ 2 ]
Ранний период жизни
[ редактировать ]Хотя Хладни родился в Виттенберге в Саксонии , его семья происходила из Кремницы , которая тогда входила в состав Венгерского королевства , а сегодня — шахтерского города в центральной Словакии . Таким образом, Хладни был идентифицирован как немец . [ 3 ] [ 4 ] венгерский [ 5 ] и словацкий . [ 6 ]
Хладни происходил из образованной семьи ученых и образованных людей. Прадед Хладни, лютеранский священнослужитель 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 теологии в Виттенбергском университете . университета Он был деканом богословского факультета в 1720–1721, а затем стал ректором . Дядя Хладни, Юстус Георг Хладни (1701–1765), был профессором права в университете. [ нужна ссылка ] Другой дядя, Иоганн Мартин Хладни (1710–1759), был теологом, историком и профессором Эрлангенского и Лейпцигского университетов .
Отец Хладни, Эрнст Мартин Хладни (1715–1782), был профессором права и ректором Виттенбергского университета. Он поступил там на юридический факультет в 1746 году. [ нужна ссылка ] Матерью Хладни была Иоганна София, и он был единственным ребенком . [ 7 ] Его отец не одобрял интерес сына к науке и настаивал на том, чтобы Хладни стал юристом. [ 6 ] [ 8 ] [ 9 ]
Карьера
[ редактировать ]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 Виттенбергском университете с 1783 по 1792 год. В это время он начал свои первые эксперименты с акустикой. [ 6 ]
Крутые фигурки
[ редактировать ]Одним из самых известных достижений Хладни было изобретение техники, показывающей различные режимы вибрации на твердой поверхности, известной как фигуры Хладни или узоры Хладни из-за различных форм или узоров, создаваемых различными режимами. При резонансе пластина или мембрана разделяется на области, колеблющиеся в противоположных направлениях, ограниченные линиями, где вибрация не возникает ( узловые линии ). Хладни повторил новаторские эксперименты Роберта Гука , который 8 июля 1680 года наблюдал узловые закономерности , связанные с вибрациями стеклянных пластин. Гук провел скрипичным смычком по краю тарелки, покрытой мукой, и увидел, как появились узловые узоры. [ 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 покрыта 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, представляют собой то, что сейчас называют фигурами Хладни . Подобные узловые структуры можно также найти, собирая микромасштабные материалы на волнах 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 сам Наполеон ; Наполеон учредил премию за лучшее математическое объяснение. Софи Жермен , хотя и был отклонен из-за ошибок, был единственной записью с правильным подходом. Ответ [ 13 ]
Вариации этой техники до сих пор широко используются при проектировании и изготовлении акустических инструментов, таких как скрипки , гитары и виолончели . С 20-го века стало более распространенным размещать громкоговоритель, управляемый электронным генератором сигналов, над пластиной или под ней, чтобы добиться более точной регулируемой частоты.
В квантовой механике фигуры Хладни («узловые узоры»), как известно, связаны с решениями уравнения Шредингера для одноэлектронных атомов, а описывающая их математика использовалась Эрвином Шредингером для понимания электронных орбиталей. [ 14 ]
Крутые фигурки |
---|
Музыкальные инструменты
[ редактировать ]По крайней мере, с 1738 года в Европе был популярен музыкальный инструмент под названием Glasspiel или verrillon , созданный путем наполнения пивных стаканов различным количеством воды. [ 15 ] По пивным бокалам ударяли деревянными молотками в форме ложек, чтобы воспроизвести «церковную и другую торжественную музыку». [ 16 ] Бенджамин Франклин был настолько впечатлен веррильоновым исполнением во время визита в Лондон в 1757 году, что в 1762 году создал свой собственный инструмент — стеклянную гармонику . Гармоника Франклина послужила вдохновением для создания нескольких других инструментов, в том числе двух, созданных Хладни. В 1791 году Хладни изобрел музыкальный инструмент, названный эуфоном (не путать с духовым эуфониумом ) , состоящий из стеклянных стержней разной высоты звука. Эуфон Хладни является прямым предком современного музыкального инструмента, известного как Cristal Baschet . [ 17 ] Хладни также усовершенствовал «музыкальный цилиндр» Гука, создав в 1799 году еще один инструмент, клавицилиндр. [ 8 ] [ 9 ] [ 16 ]
Хладни путешествовал по Европе со своими инструментами, проводя демонстрации. [ 6 ]
Пластинчатые смычковые инструменты - Хладни | |||||
---|---|---|---|---|---|
Вклад в метеоритику
[ редактировать ]Хладни заинтересовался метеоритикой после разговора с Георгом Кристофом Лихтенбергом об огненном шаре, который Лихтенберг предположительно видел в небе Геттингена в ноябре 1791 года. Вдохновленный этим отчетом, Хладни исследовал сообщения о подобных явлениях, а также сообщения о других падающих массах по всей Европе. и Северной Америки в течение прошлого столетия. Основываясь на единообразии этих наблюдений, он пришел к выводу, что явления огненных шаров и падающих масс должны быть подлинными. [ 18 ]
Это побудило его в 1794 году опубликовать «Происхождение железных масс, найденных Палладой и другими подобными ей, и о некоторых связанных с ними явлениях » природных . В этой книге он предположил, что метеориты имеют внеземное происхождение. [ 19 ] [ 20 ] Он утверждал, что это объясняет высокие скорости падающих масс, а также связь масс с огненными шарами; они светятся очень ярко, когда входят в атмосферу Земли. Он выдвинул гипотезу, что эти метеориты представляли собой куски материала, которые либо никогда не объединялись в более крупные массы, либо представляли собой обломки образования и разрушения планет . [ 18 ] В то время это было спорное заявление. [ 21 ] поскольку считалось, что метеориты имеют вулканическое происхождение. Кроме того, его заявления бросили вызов устоявшемуся убеждению, что за пределами Луны ничего не существует, 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 как теперь известно, существует . Это наблюдение учтено в его объяснении происхождения метеоритов. [ 18 ]
Книга Хладни поначалу высмеивалась современными физиками, в том числе Лихтенбергом. [ 22 ] Тем не менее, его работы вызвали любопытство, которое в конечном итоге привело к тому, что все 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 французским химиком минералог Жак де Бурнон тщательно проанализировал его состав и пришел к выводу о вероятном внеземном происхождении, отметив, что образец сильно напоминал образец метеорита из раннего метеоритного дождя в Сиене, Италия . [ 23 ] Хотя это событие было приписано извержению Везувия, находящегося в нескольких сотнях километров от него, в пределах того же диапазона от Уолда Ньютона не существует подобных вулканов, ближайшим к которому является Гекла в Исландии . [ 22 ] [ 23 ] физику и астроному Жану Батисту Био поручил В 1803 году министр внутренних дел Франции исследовать метеоритный дождь над Л'Эглем на севере Франции, который засыпал город тысячами фрагментов метеорита. [ 24 ] [ 8 ] [ 9 ] В отличие от книги Хладни и научной публикации Говарда и де Бурнона, живой отчет Био стал популярным и убедил больше людей серьезно отнестись к открытиям Хладни. [ 20 ]
Идеи Хладни побудили некоторых специалистов назвать его «отцом метеоритики», в то время как другие были более консервативны в оценке вклада Хладни в эту область. [ 18 ]
Хладни продолжал пополнять свои записи о наблюдениях метеоритов в течение следующих нескольких десятилетий, а также собирал коллекцию образцов метеоритов. Он подарил эту коллекцию Минералогическому музею Берлинского университета в 1827 году, и сейчас она находится в Музее естественной истории Берлинского университета имени Гумбольдта. [ 25 ] [ 26 ]
Минерал, впервые описанный в 1993 году из железного метеорита Карлтон (IIICD), был назван хладниетом . в его честь [ 2 ] [ 27 ]
Другая работа
[ редактировать ]Хладни открыл закон Хладни — простое алгебраическое соотношение для аппроксимации модальных частот свободных колебаний пластин и других тел. [ 28 ]
Хладни оценил скорость звука в различных газах, поместив эти газы в органную трубу и измерив характеристики звуков, возникающих при игре на трубе. [ 29 ] Это основывалось на работе по измерению скорости звука в воздухе, которую Пьер Гассенди начал в 1635 году. [ нужна ссылка ]
Смерть
[ редактировать ]Хладни умер 3 апреля 1827 года в Бреслау , Нижняя Силезия , тогда входившая в состав Прусского королевства , а сегодня город Вроцлав на юго-западе Польши . [ 30 ]
Библиография
[ редактировать ]- Открытия по теории звука , Лейпциг, 1787 г.
- Die Akustik , Лейпциг, 1802 г. Французский перевод: Traite d'acoustique , Париж, 1809 г. Также в «Новых вкладах в акустику» , Лейпциг, 1817 г.
- Вклад в практическую акустику и преподавание приборостроения , Лейпциг, 1821 г. ( OCLC 457664981 ).
- О происхождении железных масс, найденных Палласом и другими подобными в цифровой библиотеке HathiTrust , Лейпциг/Рига, 1794 г.
- Об огненных метеорах , Вена 1820.
- О воспроизведении звуков человеческой речи , Лейпциг, 1824 г.
- Краткий обзор теории звука и тона вместе с приложением, касающимся развития и организации тональных отношений , Майнц, 1827 г.
См. также
[ редактировать ]- Функции Бесселя
- Ганс Йенни (киматика)
- Александр Лаутервассер , фотограф, использующий работы Хладни при создании изображений жидких поверхностей.
- Тритаре , гитара, создающая особые формы фигур Хладни.
- Колебания круговой мембраны
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Коллекции Уиппла: Эрнст Хладни» . Кембриджский университет . Проверено 27 февраля 2010 г.
- ^ Перейти обратно: а б Маккой, Ти Джей; Стил, IM; Кейл, К.; Леонард, Б.Ф.; Эндресс, М. (1993). «Хладниит: новый минерал в честь отца метеоритики». Метеоритика . 28 (3): 394. Бибкод : 1993Metic..28Q.394M .
- ^ «Эрнст Флоренс Фридрих Хладни, или Эрнст Ф.Ф. Хладни (немецкий физик)» , Британская энциклопедия : Статьи по теме
- ^ Эрнст Флоренс Фридрих Хладни, немецкий физик, 1802 г. Предварительный просмотр изображения , Библиотека изображений «Наука и общество»
- ^ Маклафлин, Джойс (1998). «Хорошие вибрации» . Американский учёный . 86 (4): 342. Бибкод : 1998AmSci..86..342M . дои : 10.1511/1998.4.342 . Архивировано из оригинала 23 января 2008 года . Проверено 2 ноября 2007 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д «Жизнь и деятельность ЭФФ Хладни» , Д. Ульман1, Европейский физический журнал – специальные темы, Springer, Берлин/Гейдельберг, ISSN 1951-6355 (Печать) ISSN 1951-6401 (онлайн), выпуск 145, номер 1, июнь 2007 г., doi : 10.1140/epjst/e2007-00145-4 , стр. 25–32.
- ^ Хоккей, Томас (2009). Биографическая энциклопедия астрономов . Издательство Спрингер . ISBN 978-0-387-31022-0 . Проверено 22 августа 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Дэниел П. Маквей (2000). «Эрнст Флоренс Фридрих Хладни» . Ранняя история телефона 1664-1865 гг . Архивировано из оригинала 7 марта 2013 года.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Стр. 101 Оксфордский научный словарь – Oxford University Press – 1999 г.
- ^ Гук, Роберт (1935). Робинсон, Генри В.; Адамс, Уолтер (ред.). Дневник Роберта Гука, Массачусетса, Доктора медицины, ФРС, 1672–1680… . Лондон, Англия: Тейлор и Фрэнсис. п. 448.
- ^ Галилей наблюдал вибрационные закономерности на медной пластине еще в 1638 году. См.: Галилей, Галилей; Крю, Генри и де Сальвио, Альфонсо, пер. (впервые опубликовано на итальянском языке в 1638 г.; 1914 г.) Диалоги о двух новых науках Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Macmillan Co., стр. 101–102. Из стр. 100: «Когда я скоблил медную пластину острым железным долотом, чтобы удалить с нее некоторые пятна, и довольно быстро водил по ней долотом, я один или два раза во время многих ударов слышал, как пластина издавала довольно сильный и ясный свистящий звук; присмотревшись к пластинке внимательнее, я заметил длинный ряд тонких полос, параллельных и равноудаленных друг от друга».
- ^ 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
- ^ «Революционный математик» . Суперкомпьютерный центр Сан-Диего . Проверено 16 марта 2016 г.
- ^ Дж. Майкл Макбрайд, «Фигуры Хладни и одноэлектронные атомы», лекция № 9, курс органической химии для первокурсников (CHEM 125), открытые йельские курсы, Йельский университет, видео записано осенью 2008 г., доступно на YouTube, https://www .youtube.com/watch?v=5kYLE8GhAuE , 5 июня 2016 г.
- ^ Шлезингер, Кэтлин (1911). Британская энциклопедия . Том. 12 (11-е изд.). п. 956.
1911 года Британская энциклопедия также приписывает Эдварду Делавалю изобретение веррильона.
. - ^ Перейти обратно: а б Шлезингер, Кэтлин (1911). Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . Том. 12 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 956. . В
- ^ «Les Sculptures Sonores: Звуковые скульптуры Бернара и Франсуа Баше» Франсуа Баше , автор(ы) обзора: Рахма Хазам, Леонардо , Том. 33, № 4 (2000), стр. 336–337.
- ^ Перейти обратно: а б с д Марвин, Урсула Б. (1996). «Эрнст Флоренс Фридрих Хладни (1756–1827) и истоки современных исследований метеоритов». Метеоритика и планетология . 31 (5): 545–588. Бибкод : 1996M&PS...31..545M . дои : 10.1111/j.1945-5100.1996.tb02031.x . ISSN 1945-5100 . S2CID 210038676 .
- ^ Хладни, Эрнст Флоренс Фридрих, и другими подобными ему О происхождении железных масс, найденных Палласом , и о некоторых связанных с ними природных явлениях] (Рига, Латвия: Иоганн Фридрих Харткнох, 1794). Доступно в режиме онлайн: Саксонская государственная и университетская библиотека в Дрездене, Германия .
- ^ Перейти обратно: а б Максуин, Гарри Ю. (1999). Метеориты и их родительские планеты (2-е изд.). Кембридж [ua]: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-58303-9 .
- ^ Уильямс, Генри Смит (1904). «5» . История науки . Том. 3. Харпер. п. 168 и далее. ISBN 978-0-250-40142-0 .
- ^ Перейти обратно: а б Рон Коуэн. «После грехопадения». Новости науки , вып. 148, нет. 16, 1995, стр. 248–249. JSTOR , www.jstor.org/stable/4018119. По состоянию на 16 марта 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б Ховард, Эдвард (1802). «Опыты и наблюдения над некоторыми каменистыми и металлическими веществами, которые, как говорят, в разные времена падали на Землю, а также над различными видами самородного железа» . Философские труды Лондонского королевского общества . 92 : 168–212. Бибкод : 1802RSPT...92..168H . дои : 10.1098/rstl.1802.0009 .
- ^ См.:
- Био, Ж.-Б. (1803). «Отчет о поездке в департамент Орн, чтобы отметить реальность метеора, наблюдавшегося в Л'Эгле 6 флореаля XI года». Мемуары класса математических и физических наук Национального института Франции (на французском языке). 7 : 224–265.
- Перепечатано в виде брошюры: Био, Ж.-Б. (1803). Орн, чтобы отметить реальность метеора, Отчет о поездке в департамент наблюдавшегося в Л'Эгле 6 флореаля XI года ] (на французском языке). Париж, Франция: Бодуэн.
- ^ Хладни, EFF (10 августа 2009 г.). «I. Новый каталог метеорных камней, масс метеорного железа и других веществ, о падении которых стало известно вплоть до настоящего времени» . Философский журнал . 67 (333): 3–21. дои : 10.1080/14786442608674005 .
- ^ Кнофель А. и Дж. Рендтель. «Хладни и космическое происхождение огненных шаров и метеоритов. Двести лет метеорной астрономии и науки о метеоритах». WGN, Журнал Международной метеорной организации 22 (1994): 217–219.
- ^ Маккой, Ти Джей; Стил, IM; Кейл, К.; Леонард, Б.Ф.; Эндреβ, М. (1994). «Хладниит, Na2CaMg7(PO4)6: новый минерал из железного метеорита Карлтон (IIICD)». Американский минералог . 79 : 375–380. Бибкод : 1994AmMin..79..375M .
- ^ Кверно, Дерек; Нолен, Джим. «История закона Хладни» . колледжа Дэвидсона Физический факультет . Архивировано из оригинала 17 октября 2016 года . Проверено 2 апреля 2018 г.
- ^ Хладни, Эрнст (1756–1827) , Мир научной биографии Эрика Вайсштейна .
- ^ Мусиелак, Дора Э. (23 января 2015 г.). Prime Mystery: Жизнь и математика Софи Жермен . АвторДом. п. 52. ИСБН 9781496965011 . Проверено 1 апреля 2018 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Джексон, Майлз 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. Бибкод : 1996M&PS...31..545M . дои : 10.1111/j.1945-5100.1996.tb02031.x . S2CID 210038676 .
- Россинг Т.Д. (1982) Закон Хладни для вибрирующих пластин , Американский журнал физики 50, 271–274.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Краткая биография, библиография и ссылки на оцифрованные источники в Виртуальной лаборатории Института истории науки Макса Планка.
- Акустика , 1802 год, автор Эрнст Хладни в университетах Страсбурга.
- Видео паттернов Хладни в диапазоне частот на YouTube (по состоянию на 31 мая 2008 г.)
- Имитация узоров Хладни на прямоугольной тарелке на YouTube (по состоянию на 18 мая 2014 г.)
- Примеры с круглыми, квадратными, табличками стадиона и формой скрипки.
- Холодная камбала
- Пластина Хладни с электромагнитным приводом
- Использование узоров Хладни в конструкции скрипок.
- Выкройки Хладни для гитарных пластинок
- Объяснение, как сконструировать тарелку Хладни для классной комнаты.
- Другие фотографии Хладни можно посмотреть на этом сайте и в Библиотеке изображений науки и общества .
- Боули, Роджер (2009). «Тарелка Хладни» . Шестьдесят символов . Брэди Харан из Ноттингемского университета .
- Эрнст Хладни на Monoskop.org