Ernst Chladni

Físico, matemático y músico alemán

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Ernst Chladni
Ernst Chladni
Nació	30 de noviembre de 1756 ( 30/11/1756 ) Wittenberg , Sajonia (ahora Wittenberg , Sajonia-Anhalt , Alemania)
Murió	3 de abril de 1827 (70 años) ( 04/04/1827 ) Breslau , Prusia , Confederación Alemana (ahora Wroclaw , Polonia)
Nacionalidad	alemán
Conocido por	Estudio de acústica Platos y figuras de Chladni Estimando la velocidad del sonido Ley de Chladni Teoría de los orígenes de los meteoritos
Carrera científica
Los campos	Física

Ernst Florens Friedrich Chladni ( UK : / k l æ d n i / , Estados Unidos : / k l ɑː d n i / , alemán: [ɛʁnst floːʁɛns fʁiːdʁɪç kladniː] ; noviembre 30, 1756 hasta abril 03, 1827 ) era un alemán físico y músico . Su trabajo más importante, por el que a veces se le etiqueta como el padre de la acústica , incluyó la investigación sobre placas vibratorias y el cálculo de la velocidad del sonido.para diferentes gases . ^[1] También emprendió un trabajo pionero en el estudio de los meteoritos y es considerado por algunos como el padre de los meteoritos . ^[2]

Vida temprana

Aunque Chladni nació en Wittenberg en Sajonia , su familia se originó en Kremnica , entonces parte del Reino de Hungría y hoy una ciudad minera en el centro de Eslovaquia . Por tanto, se ha identificado a Chladni como alemán , ^{[3] [4]} húngaro ^[5] y eslovaco . ^[6]

Martin Chladni, abuelo de Ernst Chladni

Chladni provenía de una familia educada de académicos y hombres instruidos. El bisabuelo de Chladni, el clérigo luterano Georg Chladni (1637–1692), había abandonado Kremnica en 1673 durante la Contrarreforma . El abuelo de Chladni, Martin Chladni (1669-1725), también fue un teólogo luterano y, en 1710, se convirtió en profesor de teología en la Universidad de Wittenberg . Fue decano de la facultad de teología en 1720-1721 y más tarde se convirtió en rector de la universidad . El tío de Chladni, Justus Georg Chladni (1701-1765), era profesor de derecho en la universidad. ^{[ cita requerida ]} Otro tío, Johann Martin Chladni (1710-1759), fue teólogo, historiador y profesor de laUniversidad de Erlangen y Universidad de Leipzig .

El método de Chladni para crear figuras de Chladni

El padre de Chladni, Ernst Martin Chladni (1715-1782), fue profesor de derecho y rector de la Universidad de Wittenberg. Se había unido a la facultad de derecho allí en 1746. ^{[ cita requerida ]} La madre de Chladni era Johanna Sophia y él era hijo único . ^[7] Su padre desaprobó el interés de su hijo por la ciencia e insistió en que Chladni se convirtiera en abogado. ^{[6] [8] [9]}

Carrera profesional

Chladni estudió derecho y filosofía en Wittenberg y Leipzig, obteniendo el título de abogado en la Universidad de Leipzig en 1782. Ese mismo año, murió su padre y se dedicó en serio a la física. ^{[8] [9]} Dio conferencias sobre derecho, matemáticas y ciencias naturales en la Universidad de Wittenberg de 1783 a 1792. Durante este tiempo, comenzó sus primeros experimentos con acústica. ^[6]

Figuras de Chladni

Patrones Chladni de una placa posterior de guitarra

Figura de Chladni sobre una placa rectangular apoyada en el centro

Otro modo del mismo plato

Uno de los logros más conocidos de Chladni fue inventar una técnica para mostrar los diversos modos de vibración en una superficie rígida, conocida como figuras de Chladni debido a las diversas formas o patrones creados por varios modos. Cuando resuena , una placa o membrana se divide en regiones que vibran en direcciones opuestas, delimitadas por líneas donde no se producen vibraciones ( líneas nodales ). Chladni repitió los experimentos pioneros de Robert Hooke , quien, el 8 de julio de 1680, había observado los patrones nodales asociados con las vibraciones de las placas de vidrio. Hooke pasó un arco de violín a lo largo del borde de un plato cubierto de harina y vio emerger los patrones nodales. ^{[10] [8] [9][11]}

La técnica de Chladni, publicada por primera vez en 1787 en su libro Entdeckungen über die Theorie des Klanges ("Descubrimientos en la teoría del sonido"), consistía en dibujar un arco sobre una pieza de metal cuya superficie estaba ligeramente cubierta de arena. La placa se arqueó hasta que alcanzó la resonancia, cuando la vibración hace que la arena se mueva y se concentre a lo largo de las líneas nodales donde la superficie está quieta, delineando las líneas nodales. Los patrones formados por estas líneas son lo que ahora se llaman figuras de Chladni . También se pueden encontrar patrones nodales similares al ensamblar materiales a microescala en ondas de Faraday . ^[12]

Chladni había visitado la Academia de París en 1808 y había demostrado los patrones de vibración ante una audiencia que incluía no solo a los principales científicos franceses, sino al propio Napoleón ; Napoleón fijó un premio a la mejor explicación matemática. La respuesta de Sophie Germain , aunque rechazada debido a fallas, fue la única entrada con el enfoque correcto. ^[13]

Las variaciones de esta técnica todavía se utilizan comúnmente en el diseño y construcción de instrumentos acústicos como violines , guitarras y violonchelos . Desde el siglo XX, se ha vuelto más común colocar un altavoz impulsado por un generador de señales electrónicas encima o debajo de la placa para lograr una frecuencia ajustable más precisa.

En mecánica cuántica , se sabe que las figuras de Chladni ("patrones nodales") están relacionadas con las soluciones de la ecuación de Schrödinger para átomos de un electrón, y Erwin Schrödinger utilizó las matemáticas que las describen para comprender los orbitales de los electrones. ^[14]

Figuras de Chladni

Cilindro clavicular

Instrumentos musicales

Desde al menos 1738, un instrumento musical llamado Glasspiel o verrillon , creado al llenar vasos de cerveza con diferentes cantidades de agua, fue popular en Europa. ^[15] Los vasos de cerveza fueron golpeados por mazos de madera con forma de cucharas para producir "música de iglesia y otras solemnes". ^[16] Benjamin Franklin quedó tan impresionado por una actuación de verrillon en una visita a Londres en 1757 que creó su propio instrumento, la armónica de cristal , en 1762. La armónica de Franklin inspiró varios otros instrumentos, incluidos dos creados por Chladni. En 1791, Chladni inventó el instrumento musical llamado bombardino (que no debe confundirse con el bombardino de instrumentos de metal).), compuesto por varillas de vidrio de diferentes pasos. El eufón de Chladni es el antepasado directo del instrumento musical moderno conocido como Cristal Baschet . ^[17] Chladni también mejoró el "cilindro musical" de Hooke para producir otro instrumento, el clavicilindro, en 1799. ^{[8] [9] [16]}

Chladni viajó por toda Europa con sus instrumentos dando demostraciones. ^[6]

Instrumentos de placa arqueada - Chladni
Reproducir medios rectángulo	Reproducir medios rectángulo	Reproducir medios rectángulo	Reproducir medios rectángulo	Reproducir medios rectángulo	Reproducir medios rectángulo
Reproducir medios triángulo	Reproducir medios triángulo	Reproducir medios triángulo	Reproducir medios triángulo	Reproducir medios triángulo	Reproducir medios septagon
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Reproducir medios septagrama	Reproducir medios septagrama	Reproducir medios cuadrado	Reproducir medios cuadrado	Reproducir medios cuadrado	Reproducir medios cuadrado
Reproducir medios pentágono	Reproducir medios pentágono

Contribuciones a la meteorología

Chladni se interesó en los meteoritos después de una conversación que tuvo con Georg Christoph Lichtenberg sobre una bola de fuego que supuestamente Lichtenberg vio en el cielo de Gӧttingen en noviembre de 1791. Inspirado por este informe, Chladni investigó informes de fenómenos similares, así como informes de otras masas que caen en Europa. y América del Norte en el último siglo. Basado en la uniformidad entre estos avistamientos, concluyó que los fenómenos de bolas de fuego y masas que caen deben ser genuinos. ^[18]

Esto lo llevó a publicar Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr ähnlicher Eisenmassen und über einige damit in Verbindung stehende Naturerscheinungen ("Sobre el origen de las masas de hierro encontradas por Pallas y otros similares, y sobre algunos fenómenos naturales asociados" ) en 1794. En este libro propuso que los meteoritos tienen un origen extraterrestre . ^{[19] [20]}Argumentó que esto explicaría las altas velocidades de las masas que caen, además de vincular las masas a las bolas de fuego; brillan intensamente al entrar en la atmósfera de la Tierra. Él planteó la hipótesis de que estos meteoritos eran trozos de material que nunca se habían consolidado en la formación de masas más grandes o eran escombros de la formación y destrucción de planetas . ^[18] Esta fue una declaración controvertida en ese momento, ^[21]ya que se pensaba que los meteoritos eran de origen volcánico. Además, sus afirmaciones desafiaron la creencia establecida de que no existía nada más allá de la luna, excepto otras estrellas y planetas. De hecho, este supuesto vacío del espacio había fascinado a Chladni cuando era niño cuando se enteró de la distancia relativamente grande entre Marte y Júpiter, donde ahora se sabe que existe el cinturón de asteroides . Esta observación tuvo en cuenta su explicación sobre los orígenes de los meteoritos. ^[18]

El libro de Chladni fue inicialmente ridiculizado por físicos contemporáneos, incluido Lichtenberg. ^[22] Aún así, sus escritos despertaron una curiosidad que eventualmente llevó a más investigadores a apoyar su teoría. En 1795, se observó un gran meteorito pedregoso durante su caída a la Tierra en una cabaña cerca de Wold Newton en Yorkshire , Inglaterra y una parte, conocida como el meteorito Wold Cottage , fue entregada al químico británico Edward Howard , quien junto con French mineralogista Jacques de Bournon , analizó cuidadosamente su composición y concluyó que era probable un origen extraterrestre, y señaló que la muestra se parecía mucho a una muestra de un meteorito de una lluvia de meteoritos temprana en Siena, Italia . ^[23] Aunque ese evento se había atribuido a una erupción del Vesubio , no existían volcanes similares dentro del mismo rango de Wold Newton, siendo el más cercano Hekla . ^{[22] [23]} En 1803, el ministro francés del Interior encargó al físico y astrónomo Jean Baptiste Biot que investigara una lluvia de meteoritos sobre L'Aigle.en el norte de Francia que había salpicado la ciudad con miles de fragmentos de meteoritos. ^{[24] [8] [9]} A diferencia del libro de Chladni y la publicación científica de Howard y de Bournon, el animado informe de Biot se hizo popular y persuadió a más personas a tomar en serio las ideas de Chladni. ^[20]

Las ideas de Chladni han llevado a algunos en el campo a llamarlo el "padre de los meteoritos", mientras que otros han sido más conservadores con su valoración de las contribuciones de Chladni al campo. ^[18]

Chladni continuó desarrollando su registro de avistamientos de meteoritos durante las siguientes décadas, así como acumulando una colección de muestras de meteoritos. Donó esta colección al Museo Mineralógico de la Universidad de Berlín en 1827 y ahora reside en el Museo de Historia Natural de la Universidad Humboldt de Berlín. ^{[25] [26]}

Un mineral, descrito por primera vez en 1993 a partir del meteorito de hierro Carlton (IIICD), recibió el nombre de chladniita en su honor. ^{[2] [27]}

Otro trabajo

Chladni descubrió la ley de Chladni , una relación algebraica simple para aproximar las frecuencias modales de las oscilaciones libres de placas y otros cuerpos. ^[28]

Chladni estimó las velocidades del sonido en diferentes gases colocando esos gases en un tubo de órgano y midiendo las características de los sonidos que surgían cuando se tocaba el tubo. ^[29] Esto se basó en el trabajo sobre la medición de la velocidad del sonido en el aire que Pierre Gassendi comenzó en 1635. ^{[ cita requerida ]}

Muerte

Chladni murió el 3 de abril de 1827 en Breslau , Baja Silesia , entonces parte del Reino de Prusia y hoy la ciudad de Wrocław en el suroeste de Polonia . ^[30]

Bibliografía

• Entdeckungen über die Theorie des Klanges , Leipzig 1787.
• Die Akustik , Leipzig 1802. Traducción francesa: Traite d'acoustique , París 1809. También en 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 en la Biblioteca Digital HathiTrust , Leipzig / Riga 1794.
• Über Feuermeteore , Viena 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.

Ver también

• Funciones de Bessel
• Hans Jenny (cimática)
• Alexander Lauterwasser , un fotógrafo que utiliza el trabajo de Chladni al crear imágenes de superficies líquidas.
• Tritare , una guitarra que provoca formas particulares de figuras de Chladni
• Vibraciones de una membrana circular

Referencias

1. "Colecciones de Whipple: Ernst Chladni" . Universidad de Cambridge . Consultado el 27 de febrero de 2010 .
2. McCoy, TJ; Steele, MI; Keil, K .; Leonard, BF; Endress, M. (1993). "Chladniite: un nuevo mineral en honor al padre de los meteoritos". Meteoritos . 28 (3): 394. Código bibliográfico : 1993Metic..28Q.394M .
3. "Ernst Florens Friedrich Chladni o Ernst FF Chladni (físico alemán)" , Encyclopædia Britannica : artículos relacionados
4. Ernst Florens Friedrich Chladni, físico alemán, Vista previa de imágenes de 1802 , Biblioteca de imágenes de ciencia y sociedad
5. McLaughlin, Joyce (1998). "Buenas vibraciones" . Científico estadounidense . 86 (4): 342. Bibcode : 1998AmSci..86..342M . doi : 10.1511 / 1998.4.342 . Archivado desde el original el 23 de enero de 2008 . Consultado el 2 de noviembre de 2007 .
6. "Vida y obra de EFF Chladni" , D. Ullmann1, The European Physical Journal - Temas especiales, Springer, Berlín / Heidelberg, ISSN 1951-6355 (impreso) ISSN 1951-6401 (en línea), número 145 , Número 1, junio de 2007, doi : 10.1140 / epjst / e2007-00145-4 , págs. 25–32  
7. Hockey, Thomas (2009). La enciclopedia biográfica de astrónomos . Springer Publishing . ISBN 978-0-387-31022-0. Consultado el 22 de agosto de 2012 .
8. Daniel P McVeigh (2000). "Ernst Florens Friedrich Chladni" . Una historia temprana del teléfono 1664-1865 . Archivado desde el original el 7 de marzo de 2013.
9. P. 101 Diccionario de científicos de Oxford - Oxford University Press - 1999
10. Hooke, Robert (1935). Robinson, Henry W .; Adams, Walter (eds.). El diario de Robert Hooke, MA, MD, FRS, 1672–1680… . Londres, Inglaterra: Taylor & Francis. pag. 448.
11. Galileo había observado patrones vibratorios en una placa de bronce ya en 1638. Ver: Galilei, Galileo; Crew, Henry y de Salvio, Alfonso, trad. (publicado por primera vez en italiano en 1638; 1914) Diálogos sobre dos nuevas ciencias Ciudad de Nueva York, Nueva York, Estados Unidos: Macmillan Co. págs. 101–102. Desde p. 100: "Mientras raspaba una placa de latón con un cincel de hierro afilado para quitarle algunas manchas y pasaba el cincel bastante rápido sobre ella, una o dos veces, durante muchos golpes, escuché que la placa emitía un sonido bastante fuerte y sonido de silbido claro; al mirar la placa con más atención, noté una larga fila de finas rayas paralelas y equidistantes entre sí ".
12. P. Chen, Z. Luo, S. Guven, S. Tasoglu, A. Weng, AV Ganesan, U. Demirci, Materiales avanzados 2014, 10.1002 / adma.201402079. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201402079/abstract
13. "Matemático revolucionario" . Centro de supercomputación de San Diego . Consultado el 16 de marzo de 2016 .
14. J. Michael McBride, "Figuras de Chladni y átomos de un electrón", Conferencia n. ° 9, curso de Química orgánica de primer año (CHEM 125), Cursos abiertos de Yale, Universidad de Yale, video grabado en otoño de 2008, acceso en YouTube, https: // www .youtube.com / watch? v = 5kYLE8GhAuE , 2016-06-05.
15. Schlesinger, Kathleen (1911). "Armónica"  . Encyclopædia Britannica . 12 (11ª ed.). pag. 956. La edición de 1911 de la Encyclopædia Britannica también acredita a Edward Delaval por haber inventado el verrillon.
16. Schlesinger, Kathleen (1911). "Armónica"  . En Chisholm, Hugh (ed.). Encyclopædia Britannica . 12 (11ª ed.). Prensa de la Universidad de Cambridge. pag. 956.
17. "Les Sculptures Sonores: las esculturas sonoras de Bernard y Francois Baschet" por Francois Baschet , autor (es) de la reseña: Rahma Khazam, Leonardo , vol. 33, núm. 4 (2000), págs. 336–337
18. Marvin, Ursula B. (1996). "Ernst Florens Friedrich Chladni (1756-1827) y los orígenes de la investigación moderna de meteoritos". Meteorítica y ciencia planetaria . 31 (5): 545–588. doi : 10.1111 / j.1945-5100.1996.tb02031.x . ISSN 1945-5100 . 
19. Chladni, Ernst Florens Friedrich, Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr ähnlicher Eisenmassen und über einige damit in Verbindung stehende Naturerscheinungen [Sobre el origen de las masas de hierro encontradas por Pallas y otros similares, y sobre algunos fenómenos naturales asociados con ellos] (Riga, Letonia: Johann Friedrich Hartknoch, 1794). Disponible en línea en: Saxon State and University Library en Dresden, Alemania .
20. McSween, Harry Y. (1999). Meteoritos y sus planetas padres (2ª ed.). Cambridge [ua]: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-58303-9.
21. Williams, Henry Smith (1904). "5" . Una historia de la ciencia . 3 . Harper. pag. 168ff. ISBN 978-0-250-40142-0.
22. Ron Cowen. "Despues de la caída." Science News , vol. 148, no. 16, 1995, págs. 248–249. JSTOR , www.jstor.org/stable/4018119. Consultado el 16 de marzo de 2020.
23. Howard, Edward (1802). "Experimentos y observaciones sobre determinadas sustancias pétreas y metálicas, que en diferentes momentos se dice que han caído sobre la Tierra; también sobre diversas clases de hierro nativo" . Transacciones filosóficas de la Royal Society de Londres . 92 : 168–212. Código bibliográfico : 1802RSPT ... 92..168H . doi : 10.1098 / rstl.1802.0009 .
24. Ver:
    • Biot, J.-B. (1803). "Relation d'un voyage fait dans le département de l'Orne pour constater la réalité d'un météore observado à l'Aigle le 6 floréal an XI" [Relato de un viaje realizado en el departamento de Orne para observar la realidad de un meteorito observado en l'Aigle el 6 de Floréal año XI]. Mémoires de la Classe des Sciences Mathématiques et Physiques de l'Institut National de France (en francés). 7 : 224-265.
    • Reimpreso como folleto: Biot, J.-B. (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 [ Relato de un viaje realizado en el departamento de Orne para observar la realidad de un meteoro observado en l'Aigle el 6 de Floréal año XI ] (en francés). París, Francia: Baudoin.
25. Chladni, EFF (10 de agosto de 2009). "I. Un nuevo catálogo de piedras meteóricas, masas de hierro meteórico y otras sustancias, cuya caída se ha dado a conocer, hasta la actualidad" . La Revista Filosófica . 67 (333): 3-21. doi : 10.1080 / 14786442608674005 .
26. Knöfel, A. y J. Rendtel. "Chladni y el origen cósmico de las bolas de fuego y los meteoritos. Doscientos años de astronomía y ciencia de los meteoritos". WGN, Revista de la Organización Internacional de Meteoros 22 (1994): 217-219.
27. McCoy, TJ; Steele, MI; Keil, K .; Leonard, BF; Endreβ, M. (1994). "Chladniite, Na2CaMg7 (PO4) 6: un nuevo mineral del meteorito de hierro Carlton (IIICD)". Mineralogista estadounidense . 79 : 375–380. Código bibliográfico : 1994AmMin..79..375M .
28. Kverno, Derek; Nolen, Jim. "Historia de la ley de Chladni" . Departamento de Física del Davidson College . Consultado el 2 de abril de 2018 .
29. Chladni, Ernst (1756-1827) , Biografía científica del mundo de Eric Weisstein .
30. Musielak, Dora E. (23 de enero de 2015). Prime Mystery: La vida y las matemáticas de Sophie Germain . AuthorHouse. pag. 52. ISBN 9781496965011. Consultado el 1 de abril de 2018 .

Otras lecturas

• Jackson, Myles W. (2006) Tríadas armoniosas: físicos, músicos y fabricantes de instrumentos en la Alemania del siglo XIX (MIT Press).
• Marvin, Ursula B. (1996). "Ernst florens Friedrich Chladni (1756-1827) y los orígenes de la investigación moderna de meteoritos". Meteoritos . 31 (5): 545–588. Bibcode : 1996M y PS ... 31..545M . doi : 10.1111 / j.1945-5100.1996.tb02031.x .
• Rossing TD (1982) Ley de Chladni para placas vibratorias , American Journal of Physics 50, 271-274

enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Ernst Florens Friedrich Chladni .

• Breve biografía, bibliografía y enlaces sobre fuentes digitalizadas en el Laboratorio Virtual del Instituto Max Planck de Historia de la Ciencia
• Die Akustik , 1802 de Ernst Chladni en las universidades de Estrasburgo
• Video de los patrones de Chladni a través del rango de frecuencia en YouTube (consultado el 31/05/08)
• Patrones de Chladni simulados en una placa rectangular en YouTube (consultado el 18/5/14)
• Ejemplos con placas redondas, cuadradas, de estadio y formas de violín
• Platos Chladni
• Placa Chladni impulsada electromagnéticamente
• Uso de patrones de Chladni en la construcción de violines
• Patrones de Chladni para placas de guitarra
• Una explicación sobre cómo construir un plato de Chladni para el aula
• Otras imágenes de Chladni se pueden ver en este sitio y en la Biblioteca de imágenes de Ciencia y Sociedad .
• Bowley, Roger (2009). "Plato de Chladni" . Sesenta símbolos . Brady Haran para la Universidad de Nottingham .
• Ernst Chladni en Monoskop.org