エルンスト・クラドニ
エルンスト・クラドニ
生まれる1756年11月30日 （1756年11月30日）
ヴィッテンベルク、ザクセン選帝侯
死亡1827年4月3日（1827年4月3日）（70歳）
ブレスラウ、プロイセン、ドイツ連邦
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、音楽家であった。彼の最も重要な業績は、振動板の研究と様々な気体の音速の計算であり、音響学の父と呼ばれることもある。[ 1 ]彼はまた、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

1787 年の「Entdeckungen über die Theorie des Klanges」のタイトルページ

クラドニはザクセン州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あり、現在はスロバキア中部の鉱山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 ]スロバキア人[ 6 ]とされています。

クラドニは、学識のある学者や知識人の家系に生まれました。曽祖父はルター派の聖職者ゲオルク・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りました。祖父のマルティン・クラドニ（1669年 - 1725年）もルター派の神学者で、1710年にヴィッテンベルク大学の神学教授になりました。彼は1720年から1721年にかけて神学部長を務め、後に同大学の学長になりました。叔父のユストゥス・ゲオルク・クラドニ（1701年 - 1765年）は、同大学の法学教授でした。もう一人の叔父、ヨハン・マルティン・クラドニ（1710年 - 1759年）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（1715–1782）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。クラドニの母はヨハンナ・ゾフィアで、彼は一人っ子であった。[ 7 ]父は息子の科学への興味を認めず、クラドニには弁護士になることを強く勧めた。[ 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、彼は音響学の最初の実験を開始した。[ 6 ]

クラドニ図

クラドニのクラドニ像の作成方法
中央に支えられた長方形の板の上のクラドニ図形
同じプレートの別のモード

クラドニの最もよく知られた業績の一つ​​は、剛体表面上の様々な振動モードを示す手法を発明したことである。この手法は、様々なモードによって作り出される様々な形状やパターンから、クラドニ図またはクラドニパターンと呼ばれている。共振すると、板または膜は、振動が発生しない線（節線）で区切られた、反対方向に振動する領域に分割される。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を観察したロバート・フックの先駆的な実験を繰り返した。フックは小麦粉をまぶした板の縁に沿ってバイオリンの弓を走らせ、節線が現れるのを観察した。 [ 10 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 11 ]フックは既に9年前の1671年にこの現象を観察しており、ベーコンの『シルヴァ・シルヴァルム』で読んだ示唆に触発された。ベーコンは、水を満たしたグラスの縁をこすり、水が「跳ねたり、飛び散ったりする」のを観察したと述べている。フックは1680年にこのことを王立協会に発表したが、その後の追及はなかった。[ 12 ]

クラドニの技法は、1787年に著書『音響理論の発見』（ Entdeckungen über die Theorie des Klanges）で初めて発表された。これは、表面に砂を薄く敷き詰めた金属片に弓形を描くというものである。金属片は共鳴点に達するまで弓形に曲げられ、振動によって砂が移動し、表面が静止している部分の節線に沿って集中し、節線の輪郭が浮かび上がる。これらの線によって形成されるパターンは、現在ではクラドニ図形と呼ばれている。同様の節線パターンは、ファラデー波上に微小な材料を組み立てることによっても見出される。[ 13 ]

クラドニは1808年にパリ・アカデミーを訪れ、フランスの著名な科学者だけでなくナポレオン自身も含めた聴衆の前で振動パターンを実演しました。ナポレオンは最も優れた数学的説明に賞を設けました。ソフィー・ジェルマンの解答は欠陥のために却下されたものの、正しいアプローチを示した唯一のものでした。[ 14 ]

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製造において、今でも広く用いられています。20世紀以降、より正確な周波数調整を実現するために、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 配置することが一般的になりました。

量子力学では、クラドニ図形（「結節パターン」）は1電子原子のシュレーディンガー方程式の解と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。[ 15 ]

楽器

ギターのバックプレートのクラドニパターン
鎖骨シリンダー

少なくとも 1738 年以来、ヨーロッパでは、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ベリヨンと呼ばれる楽器が人気でした。 [ 16 ]ビールグラスをスプーンのような形をした木製のマレットで叩いて「教会音楽やその他の厳粛な音楽」を奏でました。[ 17 ]ベンジャミン・フランクリンは1757 年のロンドン訪問でベリヨンの演奏に深く感銘を受け、1762 年に独自の楽器であるグラス ハーモニカを製作しました。フランクリンのハーモニカは、クラドニによって製作された 2 つの楽器を含む、他のいくつか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注意)と呼ばれる楽器を発明しました。これは異なる音程を演奏するためにガラス棒で構成されていました。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。[ 18 ]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 ] [ 17 ]

クラドニは自分の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目撃し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ことをきっかけに、隕石学に興味を持つようになった。この報告に触発され、クラドニは同様の現象に関する報告や、前世紀にヨーロッパと北米で発生した他の落下物体に関する報告を調査した。これらの目撃情報の一貫性に基づき、彼は火球と落下物体という現象は本物に違いないと結論付けた。[ 19 ]

これがきっかけで彼は1794年に『パラスが発見した鉄塊の起源とそれに類似する自然現象、およびそれに関連するいくつかの自然現象について』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。[ 20 ] [ 21 ]彼は、これが落下する鉄塊の高速を説明するとともに、鉄塊と火の玉（地球の大気圏に突入すると強烈な明るさで輝く）を結び付けると主張した。彼はこれらの隕石が、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はないかという仮説を立てた。[ 19 ]当時、これは物議を醸す発言であった。[ 22 ]隕石は火山起源であると考えられていたためである。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疑問を投げかけるものであった。実際、クラドニは子供の頃、火星と木星の間の比較的大きな距離（現在では小惑星帯の存在が知られている）を知った際、この宇宙の空虚さという概念に魅了された。この観察は、隕石の起源に関する彼の説明に影響を与えた。[ 19 ]

クラドニの著書は当初、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。[ 23 ]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ることとなった。1795年、イギリスのヨークシャー州ウォルド・ニュートン近くのコテージで、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・ブルノンと共にその組成を慎重に分析し、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を下した。[ 24 ]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たが、ウォルド・ニュートンの同じ範囲内に類似の火山は存在せず、最も近いのはアイスランドのヘクラ山である。[ 23 ] [ 24 ] 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に数千個の隕石の破片をまき散らした流星群の調査を依頼された。 [ 25 ] [ 26 ] [ 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。[ 21 ]

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」と呼んでいますが、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人もいます。[ 19 ]

クラドニはその後数十年にわたり、隕石の目撃記録を積み重ね、隕石サンプルのコレクションを収集し続けました。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ます。[ 27 ] [ 28 ]

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 ] [ 29 ]

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簡単な代数関係であるクラドニの法則を発見しました。 [ 30 ]

クラドニは、様々なガスをオルガンのパイプに入れて、パイプを演奏したときに発生する音の特性を測定することで、様々なガスの音速を推定しました。[ 31 ]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。

死

クラドニは1827年4月3日に、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。[ 32 ]

作品

クラドニプレート

参照

参考文献

  1. ^ 「Whipple Collections: Ernst Chladni」ケンブリッジ大学。 2010年2月27日閲覧。
  2. ^ a b McCoy, TJ; Steele, IM; Keil, K.; Leonard, BF; Endress, M. (1993). 「クラドナイト：隕石学の父に敬意を表する新鉱物」. Meteoritics . 28 (3): 394. Bibcode : 1993Metic..28Q.394M .
  3. ^「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
  4. ^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、科学と社会画像ライブラリ
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  9. ^ a b c d e P. 101 オックスフォード科学者辞典 – オックスフォード大学出版局 – 1999
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  11. ^ガリレオは1638年という早い時期に真鍮板の振動パターンを観察していた。参照：ガリレイ『ガリレオ』、ヘンリー・クルー、アルフォンソ・デ・サルヴィオ訳『二つの新科学をめぐる対話』 （イタリア語初版1638年、1914年）ニューヨーク市、ニューヨーク州、アメリカ合衆国：マクミラン社、pp. 101-102。100ページより：「真鍮板の汚れを落とすために鋭い鉄のノミで削り、ノミをかなり速く動かしていたとき、何度もノミを動かしているうちに、一、二度、板からかなり強く澄んだ笛のような音が聞こえた。さらに注意深く板を見ると、互いに平行で等間隔の細い筋が長く並んでいることに気づいた。」
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  17. ^ a bシュレジンジャー、キャスリーン(1911). 「ハーモニカ」 ヒュー・チザム編.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. p. 956.
  18. ^「Les Sculptures Sonores: The Sound Sculptures of Bernard and Francois Baschet」フランソワ・バシェ著、書評：ラーマ・カザム『 Leonardo』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 プレス）。
  • 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) と近代隕石研究の起源」.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)振動板のクラドニの法則、American Journal of Physics 50, 271–274
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。

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