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エルンスト・クラドニ | |
|---|---|
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| 生まれる | 1756年11月30日 |
| 死亡 | 1827年4月3日（70歳） |
| 国籍 | ドイツ語 |
| 知られている | |
| 科学者としてのキャリア | |
| フィールド | 物理 |
| 機関 | エアランゲン大学、ライプツィヒ大学 |
| 博士課程の指導教員 | ゲオルク・クリストフ・リヒテンベルク |
| 博士課程の学生 | エルンスト・ハインリヒ・ウェーバー |
エルンスト・フローレンス・フリードリヒ・クラドニ（英: / ˈ k l æ d n i /、米: / ˈ k l ɑː d n i /、独: [ɛʁnst ˈfloːʁɛns ˈfʁiːdʁɪç ˈkladniː] ; 1756年11月30日 - 1827年4月3日）は、ドイツの物理学者、音楽家。振動板の研究や様々な気体の音速の計算など、音響学の父と呼ばれることもある彼の最も重要な業績がある。[1]また、隕石の研究でも先駆的な仕事をしており、隕石学の父とみなされている。[2]
若いころ
クラドニはザクセン州のヴィッテンベルクで生まれましたが、彼の家族は当時ハンガリー王国の一部で現在はスロバキア中部の鉱山の町であるクレムニツァの出身です。そのためクラドニはドイツ人、[3] [4]ハンガリー人[5]およびスロバキア人[6]であると考えられてきました。
クラドニは、学識のある学者や知識人の家庭に生まれた。クラドニの曽祖父はルーテル派の牧師ゲオルク・クラドニ（1637年 - 1692年）で、対抗宗教改革の最中の1673年にクレムニツァを去った。クラドニの祖父マルティン・クラドニ（1669年 - 1725年）もルーテル派の神学者で、1710年にヴィッテンベルク大学の神学教授になった。彼は1720年から1721年にかけて神学部の学部長を務め、後に大学の学長になった。クラドニの叔父ユストゥス・ゲオルク・クラドニ（1701年 - 1765年）は、大学の法学教授だった。[要出典]もう一人の叔父、ヨハン・マルティン・クラドニ（1710–1759）は、神学者、歴史家であり、エアランゲン大学とライプツィヒ大学 の教授であった。
クラドニの父、エルンスト・マルティン・クラドニ（1715年 - 1782年）は、ヴィッテンベルク大学の法学教授兼学長であった。彼は1746年に同大学の法学部に加わった。[要出典]クラドニの母はヨハンナ・ゾフィアであり、彼は一人っ子であった。[7]父親は息子の科学への興味を認めず、クラドニが弁護士になることを主張した。[6] [8] [9]
キャリア
クラドニはヴィッテンベルクとライプツィヒで法律と哲学を学び、1782年にライプツィヒ大学で法学の学位を取得した。同年、父親が亡くなり、本格的に物理学に転向した。[8] [9] 1783年から1792年までヴィッテンベルク大学で法学、数学、自然科学の講義を行った。この間、音響学の最初の実験を始めた。[6]
クラドニ図
クラドニの最もよく知られた業績の 1 つは、硬い表面上のさまざまな振動モードを表示する手法を発明したことです。これは、さまざまなモードによって作成されるさまざまな形状やパターンにちなんで、クラドニ図形またはクラドニパターンと呼ばれています。共振すると、プレートまたは膜は反対方向に振動する領域に分割され、振動が発生しない線 (節線) で区切られます。クラドニは、1680 年 7 月 8 日にガラス板の振動に関連する節線パターンを観察したロバート フックの先駆的な実験を繰り返しました。フックは、小麦粉を塗ったプレートの端に沿ってバイオリンの弓を動かし、節線パターンが現れるのを確認しました。 [10] [8] [9] [11]
クラドニの技法は、1787年に著書『音響理論の発見』で初めて発表されたもので、表面に砂を薄く塗った金属片に弓を引くというものである。金属片は共鳴点に達するまで弓なりに曲げられ、振動によって砂が動き、表面が静止している節線に沿って集中し、節線の輪郭を描く。これらの線によって形成されるパターンは、現在クラドニ図形と呼ばれている。同様の節パターンは、ファラデー波上にマイクロスケールの材料を組み立てることによっても見つけることができる。[12]
クラドニは1808年にパリアカデミーを訪れ、フランスの一流科学者だけでなくナポレオン自身も含む聴衆の前で振動パターンを実演した。ナポレオンは最も優れた数学的説明に賞を設けた。ソフィー・ジェルマンの答えは欠陥のため却下されたものの、正しいアプローチをとった唯一のものだった。[13]
この技術のバリエーションは、バイオリン、ギター、チェロなどのアコースティック楽器の設計と構築に今でも一般的に使用されています。20 世紀以降、より正確な調整可能な周波数を実現するために、電子信号発生器で駆動するスピーカーをプレートの上または下に 配置することがより一般的になりました。
量子力学では、クラドニ図形（「節点パターン」）は1電子原子のシュレーディンガー方程式の解に関連していることが知られており、それを記述する数学はエルヴィン・シュレーディンガーによって電子軌道の理解に到達するために使用されました。[14]
楽器
少なくとも1738年以来、ビールグラスに様々な量の水を入れて作るグラスピールまたはヴェリヨンと呼ばれる楽器がヨーロッパで人気がありました。 [15]ビールグラスはスプーンのような形をした木製のマレットで叩かれ、「教会音楽やその他の荘厳な音楽」を奏でました。[16] ベンジャミン・フランクリンは1757年のロンドン訪問中にヴェリヨンの演奏に感銘を受け、1762年に独自の楽器であるガラス製アルモニカを製作しました。フランクリンのアルモニカはクラドニが製作した2つを含むいくつかの他の楽器に影響を与えました。1791年、クラドニはユーフォン（金管楽器のユーフォニアムと混同しないように）と呼ばれる楽器を発明しました。これは異なる音程のガラス棒で構成されています。クラドニのユーフォンは、クリスタル・バシェとして知られる現代の楽器の直接の祖先です。[17]クラドニもフックの「ミュージカルシリンダー」を改良して、1799年にクラヴィシリンダーという別の楽器を製作した。[8] [9] [16]
クラドニは楽器を持ってヨーロッパ中を旅し、デモンストレーションを行った。[6]
隕石学への貢献
クラドニは、1791年11月にゲッティンゲンの空でリヒテンベルクが見たとされる火球についてゲオルク・クリストフ・リヒテンベルクと会話をした後、隕石学に興味を持つようになった。この報告に触発されて、クラドニは同様の現象の報告や、前世紀にヨーロッパと北アメリカで発生した他の落下物の報告を調査した。これらの目撃例の一貫性に基づいて、彼は火球と落下物の現象は本物に違いないと結論付けた。[18]
これがきっかけで、彼は1794年に「パラスが発見した鉄の塊の起源と、それに類似する他の自然現象、および関連する自然現象について」を出版した。この本で彼は、隕石が地球外起源であると提唱した。[ 19 ] [ 20]彼は、これが落下する鉄の塊の高速を説明するとともに、鉄の塊と火の玉を結び付けると主張した。火の玉は地球の大気圏に入ると強烈に輝く。彼は、これらの隕石は、より大きな塊の形成時に固められることなく残った物質の塊か、惑星の形成と破壊の残骸であると仮説を立てた。[18]これは当時物議を醸した発言だった。 [21]隕石は火山起源であると考えられていたからだ。さらに、彼の主張は、月以外には他の恒星や惑星以外には何も存在しないという定説に異議を唱えるものだった。実際、この宇宙の空虚さは、火星と木星の間の比較的大きな距離（現在では小惑星帯が存在することが知られている）について学んだ子供の頃のクラドニを魅了した。この観察は、隕石の起源に関する彼の説明の要素となった。[18]
クラドニの本は当初、リヒテンベルクを含む同時代の物理学者から嘲笑された。[22]それでも、彼の著作は好奇心を刺激し、最終的には彼の理論を支持する研究者が増えた。1795年、イギリスのヨークシャー州ウォルド・ニュートン近郊のコテージで、地球に落下する大きな石質隕石が観察され、ウォルド・コテージ隕石として知られるその破片がイギリスの化学者エドワード・ハワードに渡された。ハワードはフランスの鉱物学者ジャック・ド・ブルノンとともにその組成を注意深く分析し、サンプルがイタリアのシエナの初期の流星群の隕石サンプルと非常によく似ていることを指摘し、地球外起源の可能性が高いという結論に達した。[23]この出来事は数百キロ離れたベスビオ山の噴火によるものとされていたが、ウォルド・ニュートンの同じ範囲内に同様の火山は存在せず、最も近いのはアイスランドのヘクラ山である。[22] [23] 1803年、物理学者で天文学者のジャン・バティスト・ビオは、フランス内務大臣から、北フランスのレーグル上空で数千個の隕石の破片が町に降り注いだ流星群の調査を依頼された。 [24] [25] [8] [9]クラドニの本やハワードとド・ブルノンの科学出版物とは異なり、ビオの活発な報告は人気を博し、クラドニの洞察を真剣に受け止める人が増えた。[20]
クラドニの洞察力により、この分野の一部の人々は彼を「隕石学の父」と呼んでいるが、一方でこの分野へのクラドニの貢献についてより保守的な評価をしている者もいる。[18]
クラドニはその後数十年にわたって隕石の目撃記録を蓄積し、隕石のサンプルのコレクションを蓄積し続けた。彼はこのコレクションを1827年にベルリン大学鉱物学博物館に寄贈し、現在はベルリン・フンボルト大学自然史博物館に所蔵されている。[26] [27]
1993年にカールトン（IIICD）鉄隕石から初めて発見された鉱物は、彼に敬意を表してクラドナイトと名付けられました。[2] [28]
その他の仕事
クラドニは、板やその他の物体の自由振動のモード周波数を近似するための単純な代数関係であるクラドニの法則を発見しました。 [29]
クラドニは、オルガンのパイプにさまざまなガスを入れ、パイプを演奏したときに発生する音の特徴を測定することで、さまざまなガスの音速を推定しました。[30]これは、ピエール・ガッサンディが1635年に始めた空気中の音速を測定する研究に基づいています。 [要出典]
死
クラドニは1827年4月3日、当時はプロイセン王国の一部であり、現在はポーランド南西部のヴロツワフ市となっている下シロンスク地方のブレスラウで亡くなった。[31]
作品
1787 年の「Entdeckungen uber die Theorie」の最初のページ - 『Die Akustik』、ライプツィヒ、1802年。フランス語翻訳: Traite d'acoustique、パリ、1809年。また、『Neue Beiträge zur Akustik』、ライプツィヒ、1817年。
- Beiträge zur praktischen Akustik und zur Lehre vom Instrumentbau、ライプツィヒ、1821 ( OCLC 457664981)。
- HathiTrust Digital Libraryの Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr ähnlicher Aisenmassen 、ライプツィヒ/リガ 1794 年。
- ウーバー・フォイエルメテオーレ、ウィーン、1820年。
- Über die Hervorbringung der menschlichen Sprachlaute、ライプツィヒ、1824 年。
- Kurze Übersicht der Schall und Klanglehre、nebst einem Anhange die Entwickelung und Anordnung der Tonverhältnisse betreffend、マインツ 1827。
ギャラリー
参照
- アレクサンダー・ラウターヴァッサー – ドイツの研究者、写真家（1951年生まれ）
- ベッセル関数 – 関連する微分方程式の解の族
- ハンス・イェニー（サイマティクス） – スイスの科学者（1904-1972）
- Tritare – 実験用ギター
- 円形膜の振動 - ドラムヘッドのような円盤内の波の方程式
参考文献
- ^ 「Whipple Collections: Ernst Chladni」ケンブリッジ大学。 2010年2月27日閲覧。
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- ^ 「エルンスト・フローレンス・フリードリヒ・クラドニ、またはエルンスト・FF・クラドニ（ドイツの物理学者）」ブリタニカ百科事典：関連記事
- ^ エルンスト・フローレンス・フリードリヒ・クラドニ、ドイツの物理学者、1802年 画像プレビュー、科学と社会の写真ライブラリ
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ブリタニカ百科事典
の 1911 年版では、
エドワード・デラヴァルが
ベリヨンを発明したとも
記されています。
- ^ シュレ シンジャー、キャスリーン (1911)。。ヒュー・チザム(編) 著。ブリタニカ百科事典。第 12 巻 (第 11 版)。ケンブリッジ大学出版局。956 ページ。
- ^ 「Les Sculptures Sonores: ベルナールとフランソワ・バシェの音響彫刻」フランソワ・バシェ著、レビュー著者: ラハマ・カザム、レオナルド、第 33 巻、第 4 号 (2000 年)、336 ～ 337 ページ
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さらに読む
- ジャクソン、マイルス W. (2006) 『調和のとれた三人組: 19 世紀ドイツの物理学者、音楽家、楽器製作者』 (MIT 出版)。
- マーヴィン、ウルスラ B. (1996)。「エルンスト・フローレンス・フリードリヒ・クラドニ (1756–1827) と現代の隕石研究の起源」。隕石学。31 (5): 545–588。Bibcode :1996M&PS...31..545M。doi : 10.1111/j.1945-5100.1996.tb02031.x。S2CID 210038676。
- Rossing TD (1982)振動板に対するクラドニの法則、アメリカ物理学会誌 50、271–274
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、エルンスト・フローレンス・フリードリヒ・クラドニに関連するメディアがあります。
- マックス・プランク科学史研究所の仮想実験室にあるデジタル化された資料の略歴、参考文献、リンク
- 『Die Akustik』、エルンスト・クラドニ作、1802年、ストラスブール大学にて
- YouTubeの周波数範囲にわたるクラドニ パターンのビデオ(2008 年 5 月 31 日にアクセス)
- YouTubeの長方形プレート上のクラドニパターンのシミュレーション(2014 年 5 月 18 日アクセス)
- 円形、正方形、スタジアムプレート、バイオリンの形の例
- クラドニプレート
- 電磁駆動クラドニプレート
- ヴァイオリン製作におけるクラドニパターンの使用
- ギタープレートのクラドニパターン
- 教室用のクラドニプレートの作り方の説明
- クラドニの他の写真は、このサイトおよび Science and Society Picture Library で閲覧できます。
- ボウリー、ロジャー (2009)。「クラドニの皿」。60のシンボル。ノッティンガム大学のブレイディ・ハラン。
- Monoskop.org の Ernst Chladni