Ernst Florens Friedrich Chladni ( Reino Unido : / ˈklædni / , Estados Unidos : / ˈklɑːdni / , alemán : [ ɛʁnst ˈfloːʁɛns ˈfʁiːdʁɪç ˈkladniː ] ; 30 de noviembre de 1756 - 3 de abril de 1827) fue un físico y músico alemán . 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 realizó un trabajo pionero en el estudio de los meteoritos y algunos lo consideran el padre de la meteorítica . [2]
Aunque Chladni nació en Wittenberg , 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 cultos. 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), fue profesor de derecho en la universidad. [ cita requerida ] Otro tío, Johann Martin Chladni (1710-1759), fue teólogo, historiador y profesor en la Universidad de Erlangen y la Universidad de 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 de la misma en 1746. [ cita requerida ] 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]
Chladni estudió derecho y filosofía en Wittenberg y Leipzig, obteniendo el título de abogado en la Universidad de Leipzig en 1782. Ese mismo año, su padre murió y se dedicó en serio a la física. [8] [9] Dio conferencias sobre derecho, matemáticas y ciencias naturales en la Universidad de Wittenberg entre 1783 y 1792. Durante este tiempo, comenzó sus primeros experimentos con acústica. [6]
Uno de los logros más conocidos de Chladni fue la invención de una técnica para mostrar los diversos modos de vibración sobre una superficie rígida, conocida como figuras de Chladni o patrones de Chladni debido a las diversas formas o patrones creados por varios modos. Al resonar , 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 surgir 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 pasar un arco sobre una pieza de metal cuya superficie estaba ligeramente cubierta de arena. La placa se arqueaba hasta que alcanzaba la resonancia, momento en el que 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 denominan figuras de Chladni . También se pueden encontrar patrones nodales similares ensamblando materiales a microescala sobre 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 sólo a los principales científicos franceses sino al propio Napoleón ; Napoleón estableció un premio para la mejor explicación matemática. La respuesta de Sophie Germain , aunque rechazada debido a fallas, fue la única propuesta con el enfoque correcto. [13]
Todavía se utilizan variaciones de esta técnica en el diseño y la construcción de instrumentos acústicos como violines , guitarras y violonchelos . Desde el siglo XX, se ha vuelto más común colocar un altavoz accionado por un generador de señales electrónicas sobre 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 de los electrones. [14]
Desde al menos 1738, un instrumento musical llamado Glasspiel o verrillon , creado al llenar vasos de cerveza con cantidades variables de agua, fue popular en Europa. [15] Los vasos de cerveza se golpeaban con mazos de madera con forma de cucharas para producir "música de iglesia y otra música solemne". [16] Benjamin Franklin quedó lo suficientemente impresionado por una interpretación de verrillon en una visita a Londres en 1757 como para crear 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 eufón (que no debe confundirse con el instrumento de viento metal bombardino ) , que consiste en varillas de vidrio de diferentes tonos. 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]
Chladni se interesó en los meteoritos a raíz de una conversación que tuvo con Georg Christoph Lichtenberg sobre una bola de fuego que Lichtenberg supuestamente vio en el cielo de Göttingen en noviembre de 1791. Inspirado por este informe, Chladni investigó informes de fenómenos similares, así como informes de otras masas que caían en Europa y América del Norte durante el último siglo. Basándose en la uniformidad entre estos avistamientos, concluyó que los fenómenos de las bolas de fuego y las masas que caían debían ser auténticos. [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, así como vincular las masas con las bolas de fuego; brillan intensamente cuando entran en la atmósfera de la Tierra. 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 afirmación controvertida en su momento, [21] ya que se pensaba 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 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 influyó en su explicación del origen de los meteoritos. [18]
El libro de Chladni fue ridiculizado inicialmente por los físicos contemporáneos, incluido Lichtenberg. [22] Aún así, sus escritos despertaron una curiosidad que eventualmente llevó a más investigadores a apoyar su teoría. En 1795, un gran meteorito rocoso fue observado 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 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, notando que la muestra tenía un gran parecido con una muestra de un meteorito de una lluvia de meteoritos temprana en Siena, Italia . [23] 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 . [22] [23] En 1803, el ministro del Interior francés 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 en su evaluación de las contribuciones de Chladni al campo. [18]
Chladni continuó desarrollando su registro de avistamientos de meteoritos durante las décadas siguientes y, además, reunió una colección de muestras de meteoritos. Donó esta colección al Museo Mineralógico de la Universidad de Berlín en 1827 y ahora se encuentra 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 cladniita en su honor. [2] [27]
Chladni descubrió la ley de Chladni , una relación algebraica simple para aproximar las frecuencias modales de las oscilaciones libres de las 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 ]
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]
La edición de 1911 de la
Encyclopædia Britannica
también atribuye
a Edward Delaval
la invención del verrillon.
