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Ernst Chladni

Ernst Florens Friedrich Chladni ( Reino Unido : / ˈ k l æ d n i / , EE. UU .: / ˈ k l ɑː d n i / , Alemán: [ ɛʁnst ˈfloːʁɛns ˈfʁiːdʁɪç ˈkladniː ] ; 30 de noviembre de 1756 – 3 d...

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Ernst Florens Friedrich Chladni ( Reino Unido : / ˈ k l æ d n i / , EE. UU .: / ˈ k l ɑː d n i / , Alemán: [ ɛʁnst ˈfloːʁɛns ˈfʁiːdʁɪç ˈkladniː ] ; 30 de noviembre de 1756 – 3 de abril de 1827) fue un físico y músico alemán . Su obra más importante, por la que a veces se le considera el padre de la acústica , incluyó investigaciones sobre placas vibrantes y el cálculo de la velocidad del sonido para diferentes gases . [ 1 ] También realizó trabajos pioneros en el estudio de meteoritos y algunos lo consideran el padre de la meteorítica . [ 2 ] 

Primeros años de vida

Página de título de una copia de 1787 de "Entdeckungen über die Theorie des Klanges"

Aunque Chladni nació en Wittenberg , en Sajonia , su familia era originaria de Kremnica , entonces parte del Reino de Hungría y hoy una ciudad minera en el centro de Eslovaquia . Por lo tanto, Chladni ha sido identificado como alemán , [ 3 ] [ 4 ] húngaro [ 5 ] y eslovaco . [ 6 ]

Chladni provenía de una familia culta de académicos y hombres eruditos. Su bisabuelo, el clérigo luterano Georg Chladni (1637-1692), había abandonado Kremnica en 1673 durante la Contrarreforma . Su abuelo, Martin Chladni (1669-1725), también fue teólogo luterano y, en 1710, se convirtió en profesor de teología en la Universidad de Wittenberg . Fue decano de la facultad de teología entre 1720 y 1721 y posteriormente rector de la universidad . Su tío, Justus Georg Chladni (1701-1765), fue profesor de derecho en la misma universidad. Otro tío, Johann Martin Chladni (1710-1759), fue teólogo, historiador y profesor en las universidades de Erlangen y Leipzig .

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

Carrera

Chladni estudió derecho y filosofía en Wittenberg y Leipzig, obteniendo la licenciatura en derecho de la Universidad de Leipzig en 1782. Ese mismo año, falleció su padre y se dedicó de lleno a la física. [ 8 ] [ 9 ] Impartió clases de derecho, matemáticas y ciencias naturales en la Universidad de Wittenberg desde 1783 hasta 1792. Durante este tiempo, comenzó sus primeros experimentos con la acústica. [ 6 ]

Figuras de Chladni

El método de Chladni para crear figuras de Chladni.
Figura de Chladni sobre una placa rectangular sostenida en el centro.
Otro modo de la misma placa

Uno de los logros más conocidos de Chladni fue inventar una técnica para mostrar los diversos modos de vibración en una superficie rígida, conocidos como figuras de Chladni o patrones de Chladni debido a las diversas formas o patrones creados por los distintos modos. Cuando resuena , una placa o membrana se divide en regiones que vibran en direcciones opuestas, delimitadas por líneas donde no se produce vibración ( 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 placas de vidrio. Hooke pasó un arco de violín por el borde de una placa cubierta de harina y vio emerger los patrones nodales. [ 10 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 11 ] Hooke ya había observado esto 9 años antes, en 1671, y a su vez se inspiró en una sugerencia que leyó en el Sylva Sylvarum de Bacon , donde Bacon describe frotar el borde de un vaso lleno de agua y observar cómo el agua "chisporrotea y salpica". Hooke presentó esto en 1680 a la Royal Society , y no hubo seguimiento. [ 12 ]

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 frotar un arco sobre una pieza de metal cuya superficie estaba ligeramente cubierta de arena. La placa se frotaba hasta alcanzar la resonancia, momento en el que la vibración provocaba que la arena se moviera y se concentrara a lo largo de las líneas nodales donde la superficie permanecía inmóvil, delineando dichas líneas. Los patrones formados por estas líneas son lo que hoy se conoce como figuras de Chladni . Patrones nodales similares también pueden encontrarse al ensamblar materiales a microescala sobre ondas de Faraday . [ 13 ]

Chladni visitó la Academia de París en 1808 y demostró los patrones de vibración ante un público que incluía no solo a los principales científicos franceses, sino también al propio Napoleón ; este último otorgó un premio a la mejor explicación matemática. La respuesta de Sophie Germain , aunque rechazada por errores, fue la única que presentó el enfoque correcto. [ 14 ]

Variaciones de esta técnica aún se utilizan comúnmente en el diseño y la construcción de instrumentos acústicos como violines , guitarras y violonchelos . Desde el siglo XX, se ha vuelto más frecuente colocar un altavoz, alimentado 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 las matemáticas que las describen fueron utilizadas por Erwin Schrödinger para llegar a la comprensión de los orbitales electrónicos. [ 15 ]

instrumentos musicales

Patrones de Chladni para una placa trasera de guitarra
Cilindro clavicular

Desde al menos 1738, un instrumento musical llamado Glasspiel o verrillon , creado llenando vasos de cerveza con diferentes cantidades de agua, fue popular en Europa. [ 16 ] Los vasos de cerveza se golpeaban con mazos de madera con forma de cucharas para producir "música de iglesia y otras músicas solemnes". [ 17 ] Benjamin Franklin quedó tan impresionado por una interpretación de verrillon durante una visita a Londres en 1757 que creó su propio instrumento, la armónica de vidrio , en 1762. La armónica de Franklin inspiró varios otros instrumentos, incluyendo dos creados por Chladni. En 1791, Chladni inventó el instrumento musical llamado eufón (que no debe confundirse con el instrumento de viento-metal eufonio ), que consiste en varillas de vidrio utilizadas para tocar diferentes tonos. El eufón de Chladni es el antecesor directo del instrumento musical moderno conocido como Cristal Baschet . [ 18 ] Chladni también mejoró el "cilindro musical" de Hooke para producir otro instrumento, el clavicilindro, en 1799. [ 8 ] [ 9 ] [ 17 ]

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

Contribuciones a la meteorítica

Chladni se interesó por la meteorítica tras una conversación con Georg Christoph Lichtenberg sobre una bola de fuego que Lichtenberg supuestamente vio en el cielo de Gotinga en noviembre de 1791. Inspirado por este relato, Chladni investigó informes de fenómenos similares, así como informes de otras masas que caían en Europa y Norteamérica durante el último siglo. Basándose en la uniformidad de estos avistamientos, concluyó que los fenómenos de bolas de fuego y masas que caían debían ser reales. [ 19 ]

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 otras similares, y sobre algunos fenómenos naturales asociados") en 1794. En este libro propuso que los meteoritos tienen un origen extraterrestre . [ 20 ] [ 21 ] Argumentó que esto explicaría las altas velocidades de las masas que caen, así como vincular las masas con las bolas de fuego; brillan intensamente cuando entran en la atmósfera terrestre. Hipotetizó 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 . [ 19 ] Esta fue una declaración controvertida en su momento, [ 22 ] ya que se creía que los meteoritos eran de origen volcánico. Además, sus afirmaciones desafiaban 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 de niño cuando aprendió sobre la distancia relativamente grande entre Marte y Júpiter, donde ahora se sabe que existe el Cinturón de Asteroides . Esta observación influyó en su explicación sobre el origen de los meteoritos. [ 19 ]

El libro de Chladni fue inicialmente ridiculizado por físicos contemporáneos, incluido Lichtenberg. [ 23 ] Aun así, sus escritos despertaron una curiosidad que finalmente llevó a más investigadores a apoyar su teoría. En 1795, se observó un gran meteorito rocoso durante su caída a la Tierra en una cabaña cerca de Wold Newton en Yorkshire , Inglaterra y un trozo de él, conocido como el meteorito de Wold Cottage , fue entregado al químico británico Edward Howard quien, junto con el mineralogista francés Jacques de Bournon , analizó cuidadosamente su composición y concluyó que era probable un origen extraterrestre, señalando que la muestra tenía un fuerte parecido con una muestra de un meteorito de una lluvia de meteoritos temprana en Siena, Italia . [ 24 ] Aunque ese evento había sido atribuido a una erupción del Monte Vesubio a unos cientos de kilómetros de distancia, no existen volcanes similares dentro del mismo rango de Wold Newton, siendo el más cercano Hekla en Islandia . [ 23 ] [ 24 ] En 1803, el físico y astrónomo Jean Baptiste Biot fue comisionado por el Ministro del Interior francés para investigar una lluvia de meteoritos sobre L'Aigle, en el norte de Francia, que había cubierto la ciudad con miles de fragmentos de meteoritos. [ 25 ] [ 26 ] [ 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. [ 21 ]

Las ideas de Chladni han llevado a algunos en el campo a llamarlo el "padre de la meteorítica", mientras que otros han sido más conservadores en su evaluación de las contribuciones de Chladni al campo. [ 19 ]

Chladni continuó desarrollando su registro de avistamientos de meteoritos durante las décadas siguientes, además de reunir una colección de muestras de meteoritos. Donó esta colección al Museo Mineralógico de la Universidad de Berlín en 1827 y actualmente se encuentra en el Museo de Historia Natural de la Universidad Humboldt de Berlín. [ 27 ] [ 28 ]

Un mineral, descrito por primera vez en 1993 a partir del meteorito de hierro Carlton (IIICD), fue nombrado chladniita en su honor. [ 2 ] [ 29 ]

Otros trabajos

Chladni descubrió la ley de Chladni , una relación algebraica simple para aproximar las frecuencias modales de las oscilaciones libres de placas y otros cuerpos. [ 30 ]

Chladni estimó las velocidades del sonido en diferentes gases colocando dichos gases en un tubo de órgano y midiendo las características de los sonidos que surgían al tocar el tubo. [ 31 ] Esto se basó en el trabajo sobre la medición de la velocidad del sonido en el aire que Pierre Gassendi comenzó en 1635.

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 . [ 32 ] El cráter Chladni en la Luna fue nombrado en su honor en 1935. [ 33 ]

Obras

  • Primera página de una copia de 1787 de "Entdeckungen über die Theorie des Klanges"
    Entdeckungen über die Theorie des Klanges , Leipzig 1787.
  • Die Akustik , Leipzig 1802. Traducción al francés: Traité 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.

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Colecciones Whipple: Ernst Chladni" . Universidad de Cambridge . Consultado el 27 de febrero de 2010 .
  2. 1 2 McCoy, TJ; Steele, IM; Keil, K.; Leonard, BF; Endress, M. (1993). "Chladniite: A New Mineral Honoring the Father of Meteoritics". Meteoritics . 28 (3): 394. Bibcode : 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, 1802. Vista previa de la imagen , Biblioteca de imágenes de Ciencia y Sociedad.
  5. ↑ McLaughlin, Joyce (1998). "Buenas vibraciones" . American Scientist . 86 (4): 342. Bibcode : 1998AmSci..86..342M . doi : 10.1511/1998.4.342 . Archivado del original el 23 de enero de 2008. Recuperado el 2 de noviembre de 2007 .
  6. 1 2 3 4 "Vida y obra de EFF Chladni" , D. Ullmann1, The European Physical Journal  – Special Topics, Springer, Berlín/Heidelberg, ISSN 1951-6355 (impreso) ISSN 1951-6401 (en línea), Volumen 145, Número 1, junio de 2007, doi : 10.1140/epjst/e2007-00145-4 , págs. 25-32  
  7. ↑ Hockey, Thomas (2009). La enciclopedia biográfica de los astrónomos . Springer Publishing . ISBN 978-0-387-31022-0Archivado del original el 1 de febrero de 2014. Consultado el 22 de agosto de 2012 .
  8. 1 2 3 4 5 Daniel P McVeigh (2000). "Ernst Florens Friedrich Chladni" . Una historia temprana del teléfono 1664-1865 . Archivado del original el 7 de marzo de 2013.
  9. 1 2 3 4 5 Pág. 101 Diccionario Oxford de Científicos – 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. pág. 448. 
  11. ↑ Galileo había observado patrones de vibración en una placa de latón ya en 1638. Véase: Galilei, Galileo; Crew, Henry y de Salvio, Alfonso, trad. (publicado por primera vez en italiano en 1638; 1914) Diálogos sobre dos nuevas ciencias Nueva York, Nueva York, EE. UU.: Macmillan Co. págs. 101-102. De la pág. 100: «Mientras raspaba una placa de latón con un cincel de hierro afilado para quitarle algunas manchas y pasaba el cincel con bastante rapidez sobre ella, una o dos veces, durante muchos golpes, oí que la placa emitía un silbido bastante fuerte y claro; al mirar la placa con más detenimiento, noté una larga hilera de finas vetas paralelas y equidistantes entre sí».
  12. ↑ Gouk, Penelope M. (1982). "Acústica en los inicios de la Royal Society 1660-1680" . Notas y registros de la Royal Society de Londres . 36 (2): 155– 175. doi : 10.1098/rsnr.1982.0009 . ISSN 0035-9149 . JSTOR 531772 .  
  13. ^ P. Chen, Z. Luo, S. Guven, S. Tasoglu, A. Weng, AV Ganesan, U. Demirci, Advanced Materials 2014, 10.1002/adma.201402079. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201402079/abstract
  14. ↑ "Matemático revolucionario" . Centro de Supercomputación de San Diego . Archivado del original el 30 de abril de 2024. Consultado el 16 de marzo de 2016 .
  15. ↑ J. Michael McBride, "Figuras de Chladni y átomos de un electrón", Conferencia n.° 9, curso de Química Orgánica para estudiantes de primer año (CHEM 125), Cursos abiertos de Yale, Universidad de Yale, video grabado en otoño de 2008, consultado en YouTube, https://www.youtube.com/watch?v=5kYLE8GhAuE , 5 de junio de 2016.
  16. ↑ Schlesinger, Kathleen (1911). "Harmonica" . Encyclopædia Britannica . Vol. 12 (11.ª ed.). pág. 956. La edición de 1911 de la Encyclopædia Britannica también atribuye a Edward Delaval la invención del verrillon.    
  17. 1 2 Schlesinger, Kathleen (1911). "Armónica" . En Chisholm, Hugh (ed.). Encyclopædia Britannica . Vol. 12 (11.ª ed.). Cambridge University Press. pág. 956.    
  18. ↑ "Les Sculptures Sonores: The Sound Sculptures of Bernard and Francois Baschet" de Francois Baschet , Autor(es) de la reseña: Rahma Khazam, Leonardo , Vol. 33, No. 4 (2000), pp. 336–337
  19. 1 2 3 4 Marvin, Ursula B. (1996). "Ernst Florens Friedrich Chladni (1756–1827) y los orígenes de la investigación moderna sobre meteoritos". Meteoritics & Planetary Science . 31 (5): 545– 588. Bibcode : 1996M & PS...31..545M . doi : 10.1111/j.1945-5100.1996.tb02031.x . ISSN 1945-5100 . S2CID 210038676 .  
  20. ↑ 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 ellas] (Riga, Letonia: Johann Friedrich Hartknoch , 1794). Disponible en línea en: Biblioteca Estatal y Universitaria de Sajonia en Dresde, Alemania .
  21. 1 2 McSween, Harry Y. (1999). Meteoritos y sus planetas de origen (2.ª ed.). Cambridge [ua]: Cambridge University Press. ISBN  978-0-521-58303-9.
  22. ↑ Williams, Henry Smith (1904). "5" . Historia de la ciencia . Vol. 3. Harper. pág. 168 y ss.  ISBN 978-0-250-40142-0
  23. 1 2 Ron Cowen. “Después de la caída”. Science News , vol. 148, n.º 16, 1995, págs. 248–249. JSTOR , www.jstor.org/stable/4018119. Consultado el 16 de marzo de 2020.
  24. 1 2 Howard, Edward (1802). "Experimentos y observaciones sobre ciertas sustancias pétreas y metálicas que, según se dice, cayeron sobre la Tierra en diferentes épocas; también sobre diversos tipos de hierro nativo" . Philosophical Transactions of the Royal Society of London . 92 : 168–212 . Bibcode : 1802RSPT...92..168H . doi : 10.1098/rstl.1802.0009 .
  25. ^ 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 constatar la realidad de un meteoro observado en l'Aigle el 6 Floréal año XI ] . Mémoires de la Classe des Sciences Mathématiques et Physiques de l'Institut National de France (en francés). 7 : 224–265 .
  26. ^ 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 constatar la realidad de un meteoro observado en l'Aigle el 6 Floréal año XI ] (en francés). París, Francia: Baudoin.
  27. ↑ 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" . The Philosophical Magazine . 67 (333): 3–21 . doi : 10.1080/14786442608674005 .
  28. ↑ Knöfel, A., y J. Rendtel. «Chladni y el origen cósmico de las bolas de fuego y los meteoritos. Doscientos años de astronomía de meteoros y ciencia de los meteoritos». WGN, Journal of the International Meteor Organization 22 (1994): 217–219.
  29. ↑ McCoy, TJ; Steele, IM; Keil, K.; Leonard, BF; Endreβ, M. (1994). "Chladniita, Na2CaMg7(PO4)6: Un nuevo mineral del meteorito de hierro Carlton (IIICD)". American Mineralogist . 79 : 375–380 . Bibcode : 1994AmMin..79..375M .
  30. ↑ Kverno, Derek; Nolen, Jim. "Historia de la Ley de Chladni" . Departamento de Física del Davidson College . Archivado del original el 17 de octubre de 2016. Consultado el 2 de abril de 2018 .
  31. ↑ Chladni, Ernst (1756–1827) , El mundo de la biografía científica de Eric Weisstein .
  32. ↑ Musielak, Dora E. (23 de enero de 2015). Prime Mystery: The Life and Mathematics of Sophie Germain . AuthorHouse. p. 52. ISBN  9781496965011. Consultado el 1 de abril de 2018 .
  33. ↑ "Chladni" . Nomenclatura planetaria . Programa de investigación de astrogeología del USGS.

Lecturas adicionales

  • 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 sobre meteoritos". Meteoritics . 31 (5): 545– 588. Bibcode : 1996M & PS...31..545M . doi : 10.1111/j.1945-5100.1996.tb02031.x . S2CID 210038676 . 
  • Rossing TD (1982) Ley de Chladni para placas vibrantes , American Journal of Physics 50, 271–274
  • Breve biografía, bibliografía y enlaces a fuentes digitalizadas en el Laboratorio Virtual del Instituto Max Planck para la Historia de la Ciencia.
  • Die Akustik , 1802 de Ernst Chladni en las Universidades de Estrasburgo
  • Diagramas ilustrados a mano por Ernst Chladni de Entdeckungen über die Theorie des Klanges (1787) (Descubrimientos en la teoría del sonido)
  • Vídeo de patrones de Chladni a través del rango de frecuencias en YouTube (Consultado el 31/05/08)
  • Simulación de patrones de Chladni en un plato rectangular en YouTube (Consultado el 18/05/14)
  • Ejemplos con placas redondas, cuadradas, de estadio y con forma de violín.
  • Platos de Chladni
  • Placa de Chladni accionada electromagnéticamente
  • Uso de patrones Chladni en la construcción de violines
  • Diseños de Chladni para placas de guitarra
  • Una explicación sobre cómo construir un plato de Chladni para el aula.
  • Se pueden ver otras fotografías de Chladni en este sitio web y en la Biblioteca de Imágenes de Ciencia y Sociedad .
  • Bowley, Roger (2009). "El plato de Chladni" . Sesenta símbolos . Brady Haran para la Universidad de Nottingham .
  • Ernst Chladni en Monoskop.org