Ernst Chladni

Ernst Florens Friedrich Chladni ( 30 novembre 1756 – 3 avril 1827) était un physicien et musicien allemand . Ses travaux les plus importants , pour lesquels il est parfois qualifié de père de l' acoustique , comprennent des recherches sur les plaques vibrantes et le calcul de la vitesse du son pour différents gaz . [ 1 a également entrepris des travaux pionniers dans l' étude des météorites et est considéré par certains comme le père de la météoritique .

Bien que Chladni soit né à Wittenberg en Saxe , sa famille était originaire de Kremnica , qui faisait alors partie du Royaume de Hongrie et qui est aujourd'hui une ville minière du centre de la Slovaquie . Chladni a donc été identifié comme étant allemand , hongrois et slovaque .

Chladni est issu d'une famille d'universitaires et d'érudits. Son arrière-grand-père, le pasteur luthérien Georg Chladni (1637-1692), avait quitté Kremnica en 1673 pendant la Contre-Réforme . Son grand-père, Martin Chladni (1669-1725), était également théologien luthérien et devint en 1710 professeur de théologie à l' université de Wittenberg . Il fut doyen de la faculté de théologie en 1720-1721 et devint plus tard recteur de l'université . L'oncle de Chladni, Justus Georg Chladni (1701-1765), était professeur de droit à l'université. Un autre oncle, Johann Martin Chladni (1710–1759), était théologien, historien et professeur à l' université d'Erlangen et à l' université de Leipzig .

Le père de Chladni, Ernst Martin Chladni (1715–1782), était professeur de droit et recteur de l'université de Wittenberg. Il avait rejoint la faculté de droit de cette ville en 1746. La mère de Chladni était Johanna Sophia et il était enfant unique . Son père désapprouvait l'intérêt de son fils pour la science et insistait pour que Chladni devienne avocat.

Chladni a étudié le droit et la philosophie à Wittenberg et Leipzig, obtenant un diplôme en droit de l'Université de Leipzig en 1782. Cette même année, son père est décédé et il s'est tourné sérieusement vers la physique. Il a donné des conférences sur le droit, les mathématiques et les sciences naturelles à l'Université de Wittenberg de 1783 à 1792. Pendant cette période, il a commencé ses premières expériences avec l'acoustique.

L'une des réalisations les plus connues de Chladni fut l'invention d'une technique permettant de montrer les différents modes de vibration sur une surface rigide, connue sous le nom de figures de Chladni ou de motifs de Chladni en raison des différentes formes ou motifs créés par différents modes. Lors de la résonance , une plaque ou une membrane est divisée en régions qui vibrent dans des directions opposées, délimitées par des lignes où aucune vibration ne se produit ( lignes nodales ). Chladni a répété les expériences pionnières de Robert Hooke qui, le 8 juillet 1680, avait observé les motifs nodaux associés aux vibrations des plaques de verre. Hooke a fait passer un archet de violon le long du bord d'une plaque recouverte de farine et a vu les motifs nodaux émerger.

La technique de Chladni, publiée pour la première fois en 1787 dans son livre Entdeckungen über die Theorie des Klanges (« Découvertes dans la théorie du son »), consistait à tirer un arc sur une pièce de métal dont la surface était légèrement recouverte de sable. La plaque était courbée jusqu'à ce qu'elle atteigne la résonance, lorsque la vibration provoque le déplacement du sable et sa concentration le long des lignes nodales où la surface est immobile, dessinant les contours des lignes nodales. Les motifs formés par ces lignes sont ce que l'on appelle aujourd'hui les figures de Chladni . Des motifs nodaux similaires peuvent également être trouvés en assemblant des matériaux à l'échelle microscopique sur des ondes de Faraday .

Chladni avait visité l'Académie de Paris en 1808 et avait démontré les modèles de vibration devant un public qui comprenait non seulement les plus grands scientifiques français mais Napoléon lui-même ; Napoléon avait créé un prix pour la meilleure explication mathématique. La réponse de Sophie Germain , bien que rejetée en raison de défauts, était la seule entrée avec l'approche correcte.

Des variantes de cette technique sont encore couramment utilisées dans la conception et la construction d'instruments acoustiques tels que les violons , les guitares et les violoncelles . Depuis le XXe siècle, il est devenu plus courant de placer un haut-parleur piloté par un générateur de signal électronique au-dessus ou au-dessous de la plaque pour obtenir une fréquence réglable plus précise.

En mécanique quantique , les figures de Chladni (« motifs nodaux ») sont connues pour être liées aux solutions de l' équation de Schrödinger pour les atomes à un électron, et les mathématiques les décrivant ont été utilisées par Erwin Schrödinger pour arriver à la compréhension des orbitales électroniques.

Depuis au moins 1738, un instrument de musique appelé Glasspiel ou verrillon , créé en remplissant des verres à bière avec des quantités variables d'eau, était populaire en Europe. Les verres à bière étaient frappés avec des maillets en bois en forme de cuillères pour produire « de la musique d'église et autre musique solennelle ». Benjamin Franklin fut suffisamment impressionné par une interprétation de verrillon lors d'une visite à Londres en 1757 pour créer son propre instrument, l' harmonica de verre , en 1762. L'harmonica de Franklin inspira plusieurs autres instruments, dont deux créés par Chladni. En 1791, Chladni inventa l'instrument de musique appelé l' euphon (à ne pas confondre avec l' euphonium , instrument de cuivre ), composé de tiges de verre de différentes hauteurs. L'euphon de Chladni est l'ancêtre direct de l'instrument de musique moderne connu sous le nom de Cristal Baschet . Chladni a également amélioré le « cylindre musical » de Hooke pour produire un autre instrument, le clavicylindre, en 1799.

Chladni a voyagé à travers l'Europe avec ses instruments en faisant des démonstrations.

Chladni s'est intéressé aux météorites à la suite d'une conversation qu'il a eue avec Georg Christoph Lichtenberg au sujet d'une boule de feu que Lichtenberg aurait vue dans le ciel de Göttingen en novembre 1791. Inspiré par ce rapport, Chladni a fait des recherches sur des rapports de phénomènes similaires ainsi que sur des rapports d'autres masses en chute libre en Europe et en Amérique du Nord au cours du siècle dernier. Sur la base de l'uniformité de ces observations, il a conclu que les phénomènes de boules de feu et de masses en chute libre devaient être réels.

Cela l'a conduit à publier Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr ähnlicher Eisenmassen und über einige damit in Verbindung stehende Naturerscheinungen ("Sur l'origine des masses de fer trouvées par Pallas et d'autres semblables, et sur quelques phénomènes naturels associés") en 1794. Dans ce livre, il a proposé que les météorites aient une origine extraterrestre . Il a soutenu que cela expliquerait les vitesses élevées des masses en chute libre ainsi que le lien entre les masses et les boules de feu ; elles brillent intensément lorsqu'elles pénètrent dans l'atmosphère terrestre. Il a émis l'hypothèse que ces météorites étaient des morceaux de matière qui n'avaient jamais été consolidés dans la formation de masses plus grandes ou étaient des débris provenant de la formation et de la destruction de planètes . C'était une déclaration controversée à l'époque, car on pensait que les météorites étaient d'origine volcanique. De plus, ses affirmations remettaient en cause la croyance établie selon laquelle rien n’existait au-delà de la Lune, à l’exception d’autres étoiles et planètes. En effet, ce prétendu vide spatial avait fasciné Chladni lorsqu’il était enfant lorsqu’il avait appris la distance relativement grande entre Mars et Jupiter, où l’on sait aujourd’hui que se trouve la ceinture d’astéroïdes . Cette observation a été prise en compte dans son explication des origines des météorites.

Le livre de Chladni fut d'abord ridiculisé par les physiciens contemporains, dont Lichtenberg. Pourtant, ses écrits suscitèrent une curiosité qui finit par amener davantage de chercheurs à soutenir sa théorie. En 1795, une grosse météorite pierreuse fut observée lors de sa chute sur Terre dans un cottage près de Wold Newton dans le Yorkshire , en Angleterre , et un morceau de celle-ci, connu sous le nom de météorite de Wold Cottage , fut donné au chimiste britannique Edward Howard qui, avec le minéralogiste français Jacques de Bournon , analysa soigneusement sa composition et conclut qu'une origine extraterrestre était probable, notant que l'échantillon présentait une forte ressemblance avec un échantillon d'une météorite provenant d'une première pluie de météores à Sienne, en Italie . Bien que cet événement ait été attribué à une éruption du Vésuve à quelques centaines de kilomètres de là, aucun volcan similaire n'existe dans la même chaîne de montagnes que Wold Newton, le plus proche étant Hekla en Islande . En 1803, le physicien et astronome Jean Baptiste Biot fut chargé par le ministre français de l'Intérieur d'enquêter sur une pluie de météorites au-dessus de L'Aigle, dans le nord de la France, qui avait parsemé la ville de milliers de fragments de météorites. Contrairement au livre de Chladni et à la publication scientifique de Howard et de Bournon, le rapport animé de Biot devint populaire et persuada davantage de personnes de prendre au sérieux les idées de Chladni.

Les idées de Chladni ont conduit certains dans le domaine à l'appeler le « père des météorites » tandis que d'autres ont été plus conservateurs dans leur évaluation des contributions de Chladni au domaine.

Au cours des décennies suivantes, Chladni a continué à accumuler des observations de météorites et à constituer une collection d'échantillons de météorites. Il a fait don de cette collection au Musée minéralogique de l'Université de Berlin en 1827. Elle se trouve aujourd'hui au Musée d'histoire naturelle de l'Université Humboldt de Berlin.

Un minéral, décrit pour la première fois en 1993 à partir de la météorite de fer Carlton (IIICD), a été nommé chladniite en son honneur.

Chladni a découvert la loi de Chladni , une relation algébrique simple permettant d'approximer les fréquences modales des oscillations libres des plaques et d'autres corps.

Chladni a estimé les vitesses du son dans différents gaz en plaçant ces gaz dans un tuyau d'orgue et en mesurant les caractéristiques des sons qui en sortaient lorsque le tuyau était joué. Cela s'appuyait sur les travaux sur la mesure de la vitesse du son dans l'air que Pierre Gassendi avait commencés en 1635.

Chladni est décédé le 3 avril 1827 à Breslau , en Basse-Silésie , alors partie du Royaume de Prusse et aujourd'hui la ville de Wrocław dans le sud-ouest de la Pologne .

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  Entdeckungen über die Theorie des Klanges, Leipzig 1787.
• Die Akustik, Leipzig 1802. Traduction française : Traité d'acoustique , Paris 1809. Également dans Neue Beiträge zur Akustik , Leipzig 1817.
• Beiträge zur praktischen Akustik et zur Lehre vom Instrumentbau , Leipzig 1821 ( OCLC 457664981).
• Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr ähnlicher Eisenmassen à la bibliothèque numérique HathiTrust , Leipzig/Riga 1794.
• Über Feuermeteore, Vienne 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, Mayence 1827.