Věda a technika v pozadí Chladniho obrazce

Celkový přehled Veřejnost MŠ 1. stupeň ZŠ 2. stupeň ZŠ SŠ VŠ

Jak exponát vypadá

Jak exponát vypadá:

Autor textu

Autor textu:

Mgr. Magda Králová

Exponát má na starosti

Exponát má na starosti:

Mgr. Kristýna Nová

O čem je tento exponát

O čem je tento exponát:

Na kovovou desku nasypte trochu písku a zahrajte na ni pilkou jako smyčcem na housle. Pokud se vám povede vyloudit příjemný tón, pak se na desce objeví obrazec - vždy různý podle toho, jaký tón jste hráli. A vyplatí se trpělivost, protože ani na housle se člověk nenaučí hrát za jedno odpoledne.

Ernst Chladni byl nadšeným hudebníkem, a tak se po smrti svého otce začal intenzivně zabývat experimentálním zkoumáním akustických jevů. Tenké desky pokrýval tenkou vrstvou jemného písku a rozechvíval je. Podélné kmity vyvolané chvěním vytvářely ze souvislé vrstvy písku charakteristické obrazce. Napoleon Bonaparte o něm prohlásil: „Tento muž zviditelnil tóny.“

Historie

Ernst Chladni navázal na práci Roberta Hooka, který pozoroval obrazce vzniklé chvěním skleněné desky. Teoreticky byly chladniho obrazce vysvětleny až v roce 1833 Charlesem Wheatstonem. Kromě výzkumu chvění desek se Chladni zabýval také chvěním zvonů a tyčí a rychlostí zvuku v různých látkách. Varhaní píšťaly plnil různými plyny a srovnáním výšky tónů srovnával i rychlosti zvuku v daných plynech. Chladni také zkoumal rychlost šíření zvuku v dalších materiálech (cín, železo, měď, sklo, dřevo). Jako první přesně změřil frekvence tónů. V roce 1802 shrnul své výsledky do monograﬁe o akustice.

Ernst Chladni.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Teorie

Desky se rozechvívají smyčcem nebo nárazem. Vlnění se v deskách šíří z místa vzniku různými směry, odráží se od okrajů a interferencí vzniká stojaté vlnění. V bodech s nulovou výchylkou se vytvářejí uzlové čáry. Při posypání desky jemným pískem se písek během kmitání přesune do uzlových čar a vznikne tzv. Chladniho obrazec.

Chladniho obrazce.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Tvar Chladniho obrazců závisí na místě upevnění desky, na místě rozechvění, na tvaru desky apod. Při matematickém popisu jevu dostaneme diferenciální rovnici čtvrtého řádu, kterou lze řešit jen některou numerickou metodou.