Ernst Chladni

Ernst Florens Friedrich Chladni (30 de noviembre de 1756 - 3 de abril de 1827) fue un físico alemán 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. También realizó un trabajo pionero en el estudio de los meteoritos y algunos lo consideran el padre de los meteoritos.

Primeros años de vida

Aunque Chladni nació en Wittenberg en Sajonia, su familia se originó en Kremnica, entonces parte del Reino de Hungría y hoy un pueblo minero en el centro de Eslovaquia. Por lo tanto, Chladni ha sido identificado como alemán, húngaro y eslovaco.

Chladni provenía de una familia educada de académicos y hombres eruditos. El bisabuelo de Chladni, el clérigo luterano Georg Chladni (1637–1692), había dejado Kremnica en 1673 durante la Contrarreforma. El abuelo de Chladni, 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 en 1720-1721 y luego se convirtió en rector de la universidad. El tío de Chladni, Justus Georg Chladni (1701-1765), fue profesor de derecho en la universidad. 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 unido a la facultad de derecho allí en 1746. La madre de Chladni era Johanna Sophia y él era hijo único. Su padre desaprobó el interés de su hijo por la ciencia e insistió en que Chladni se convirtiera en abogado.

Carrera profesional

Chladni estudió derecho y filosofía en Wittenberg y Leipzig, y se licenció en derecho en la Universidad de Leipzig en 1782. Ese mismo año, murió su padre y se dedicó seriamente a la física. Dio conferencias sobre leyes, matemáticas y ciencias naturales en la Universidad de Wittenberg desde 1783 hasta 1792. Durante este tiempo, comenzó sus primeros experimentos con la acústica.

Figuras de Chladni

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 o patrones 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, limitadas 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 las placas de vidrio. Hooke pasó un arco de violín por el borde de un plato cubierto de harina y vio emerger los patrones nodales.

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 con arena. La placa se inclinó 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 ensamblando materiales a microescala en ondas de Faraday.

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 por fallas, fue la única entrada con el enfoque correcto.

Las variaciones de esta técnica todavía se usan 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 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 Erwin Schrödinger utilizó las matemáticas que las describen para llegar a la comprensión de los orbitales electrónicos.

Figuras de Chladni

Instrumentos musicales

Desde al menos 1738, un instrumento musical llamado Glasspiel o verrillon, creado llenando vasos de cerveza con cantidades variables de agua, fue popular en Europa. Los vasos de cerveza se golpeaban con mazos de madera en forma de cucharas para producir "música de iglesia y otras músicas solemnes". Benjamin Franklin quedó tan impresionado por una interpretación de verrillón en una visita a Londres en 1757 que creó su propio instrumento, la armónica de vidrio, en 1762. La armónica de Franklin inspiró a varios otros instrumentos, incluidos dos creados por Chladni. En 1791, Chladni inventó el instrumento musical llamado eufónico.(que no debe confundirse con el bombardino de los instrumentos de metal), que consta de varillas de vidrio de diferentes tonos. El eufón de Chladni es el antepasado directo del instrumento musical moderno conocido como Cristal Baschet. Chladni también mejoró el "cilindro musical" de Hooke para producir otro instrumento, el clavicylinder, en 1799.

Chladni viajó por toda Europa con sus instrumentos dando demostraciones.

Contribuciones a los meteoritos

Chladni se interesó en los meteoritos luego de una conversación que tuvo con Georg Christoph Lichtenberg sobre una bola de fuego que Lichtenberg supuestamente 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 toda 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.

Esto lo llevó a publicar Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr ähnlicher Eisenmassen und über einige damit en 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. Argumentó que esto explicaría las altas velocidades de las masas que caen, así como la vinculación de las masas con las bolas de fuego; brillan intensamente cuando entran 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 desechos de la formación y destrucción de planetas.Esta fue una declaración controvertida en ese momento, ya que se pensaba que los meteoritos eran de origen volcánico. Además, sus afirmaciones desafiaron la creencia establecida de que nada existía 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 de los orígenes de los meteoritos.

El libro de Chladni fue inicialmente ridiculizado por físicos contemporáneos, incluido Lichtenberg. Aún así, sus escritos despertaron una curiosidad que eventualmente llevó a que más investigadores apoyaran su teoría. En 1795, se observó un gran meteorito rocoso durante su caída a la Tierra en una casa de campo cerca de Wold Newton en Yorkshire, Inglaterra, y una parte de él, conocida como meteorito de Wold Cottage, se entregó al químico británico Edward Howard, quien, junto con el francés El mineralogista Jacques de Bournon, analizó cuidadosamente su composición y concluyó que era probable un origen extraterrestre, señalando que la muestra se parecía mucho a una muestra de un meteorito de una lluvia de meteoritos temprana en Siena, Italia.Aunque ese evento se atribuyó 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. 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. A diferencia del libro de Chladni y la publicación científica de Howard y de Bournon, el animado informe de Biot se hizo popular y convenció a más personas para que tomaran en serio las ideas de Chladni.

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 evaluación de las contribuciones de Chladni al campo.

Chladni continuó desarrollando su registro de avistamientos de meteoritos a lo largo de las próximas décadas, además de acumular 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.

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

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.

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. 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.