1756년 11월 30일, 독일의 물리학자 에른스트 클라드니 (Ernst Florens Friedrich Chladni, 1756 ~ 1827) 출생
에른스트 클라드니 (Ernst Florens Friedrich Chladni, 1756년 11월 30일, 독일 비텐베르크 ~ 1827년 4월 3일, 폴란드 브로츠와프)는 독일의 물리학자이자 음악가였다. 특히 음향학에 조예가 깊어 ‘음향학의 아버지’라고 불린다.
– 에른스트 클라드니 (Ernst Florens Friedrich Chladni)
.출생: 1756년 11월 30일, 독일 비텐베르크
.사망: 1827년 4월 3일, 폴란드 브로츠와프
.국적: 독일
.지도 교수: 게오르크 크리스토프 리히텐베르크
.유명한 제자: 에른스트 하인리히 베버
.학력: 라이프치히 대학교, Gymnasium St. Augustine
처음에 법학을 전공했으나 물리학 저작을 읽고, 감명을 받아 수학 및 물리학으로 전향하였으며 음향학 연구에 몰두하였다.
막대ㆍ현 (弦) 등의 진동을 실험적으로 연구하여 고체에서의 음의 빠르기를 측정하고, 또 오르간 파이프에 공기를 넣고 기체 내의 음의 속도를 측정하였다.
1809년 판 (板)의 진동에 관한 유명한 ‘클라드니의 도형 (圖形)’을 발견하여 나폴레옹으로부터 상찬을 받고, 그의 저서 《음향학 De Akustik》의 프랑스어 번역 비용을 얻기도 했다.
그 후 20여 년간 유럽 각국을 방문하여 음향학을 강의하고 또 그가 발명한 일종의 저음 관악기 연주를 실시했다.
○ 생애
클라드니는 작센주의 비텐베르크에서 태어났지만 그의 가족은 당시 헝가리 왕국의 일부였고 오늘날 슬로바키아 중부의 광산 마을인 크렘 니차 출신이다. 따라서 클라드니는 독일인, 헝가리인, 슬로바키아인으로 확인되었다 .
클라드니는 학식 있고 학식이 풍부한 가문에서 태어났다. 클라드니의 증조부인 루터교 성직자 게오르그 클라드니 (1637 ~ 1692)는 반종교개혁 기간인 1673년에 크렘니차를 떠났다 . 클라드니의 할아버지인 마틴 클라드니 (1669 ~ 1725)도 루터교 신학자였으며, 1710년에 비텐베르크 대학교 신학 교수가 되었다 . 그는 1720~1721년에 신학부 학장을 지냈고, 나중에는 대학 총장이 되었다 . 클라드니의 삼촌인 유스투스 게오르그 클라드니 (1701 ~ 1765)는 이 대학교의 법학 교수였다. 또 다른 삼촌인 요한 마틴 클라드니 (1710 – 1759)는 신학자, 역사가이자 에를랑겐 대학교와 라이프치히 대학교의 교수였다.
클라드니의 아버지인 에른스트 마틴 클라드니 (1715 ~ 1782)는 비텐베르크 대학교의 법학 교수이자 총장이었다. 그는 1746년에 그곳 법학부에 합류했다. 클라드니의 어머니는 요한나 소피아였고 그는 외동아들이었다. 그의 아버지는 아들이 과학에 관심을 갖는 것을 반대했고 클라드니가 변호사가 되어야 한다고 주장했다.
클라드니는 비텐베르크와 라이프치히에서 법학과 철학을 공부했고 1782년 라이프치히 대학교에서 법학 학위를 받았다. 같은 해에 그의 아버지가 돌아가시자 그는 본격적으로 물리학에 관심을 갖게 되었다. 그는 1783년부터 1792년까지 비텐베르크 대학교에서 법학, 수학, 자연과학에 대한 강의를 했다. 이 기간 동안 그는 음향학에 대한 첫 번째 실험을 시작했다.
– 클라드니 도형 (Chladni’s Figures)
클라드니의 가장 잘 알려진 업적 중 하나는 단단한 표면에서 다양한 진동 모드를 보여주는 기법을 발명한 것이다.이 기법은 다양한 모드에 의해 생성되는 다양한 모양이나 패턴 때문에 클라드니 도형 또는 클라드니 패턴이라고 불린다. 공명할 때, 판이나 막은 반대 방향으로 진동하는 영역으로 나뉘며, 진동이 발생하지 않는 선(절점선)으로 경계를 이룬다. 클라드니는 1680년 7월 8일 유리판의 진동과 관련된 절점 패턴을 관찰했던 로버트 후크 의 선구적인 실험을 반복했다. 훅은 밀가루로 덮인 판 가장자리를 따라 바이올린 활을 움직여 절점 패턴이 나타나는 것을 관찰했다. 후크는 이미 9년 전인 1671년에 이를 관찰했고, 베이컨의 저서 Sylva Sylvarum 에서 읽은 제안에서 영감을 받았다. 베이컨은 물이 가득 찬 유리잔의 가장자리를 문지르면서 물이 “튀어나오고 흩뿌려지는” 것을 관찰했다고 설명합니다. 후크는 이를 1680년에 왕립학회에 제출했고, 후속 조치는 없었다.
진동판 위 입자들이 특정 주파수의 진동에 맞춰 독특한 패턴의 선 (마디선, nodal line)에 모여드는 현상을 처음 관찰한 건 1787년의 독일 물리학자 에른스트 클라드니 (Ernst Chladni)였다.
진동판에 모래를 뿌려두고 이런저런 주파수의 진동을 가하면 이런저런 패턴의 마디선 (진폭이 0이 되는 선)으로 모래들이 모여든다는 것이다.
클라드니가 관찰한 현상은 여러 흥미로운 물음을 자아내는 연구 대상이었고, 그래서 클라드니가 구현한 진동판은 ‘클라드니 판’이라는 고유명사로도 불려왔으며, 음파 진동으로 만들어지는 묘한 문양을 ‘클라드니 도형 (Chladni’s Figures)’이라고 부른다.
– 악기
적어도 1738년 이래로 맥주잔에 다양한 양의 물을 채워 만든 Glasspiel 또는 verrillon 이라는 악기가 유럽에서 인기를 끌었다.
맥주잔은 숟가락 모양의 나무 망치로 두드려 “교회 및 기타 엄숙한 음악”을 연주했다.
Benjamin Franklin은 1757년 런던을 방문했을 때 verrillon 연주에 충분히 감명을 받아 1762년에 유리 하모니카라는 악기를 직접 만들었다.
Franklin의 하모니카는 Chladni가 만든 두 가지 악기를 포함하여 여러 다른 악기에 영감을 주었다.
1791년 Chladni는 다양한 음높이를 연주하는 데 사용되는 유리 막대로 구성된 유폰 (금관악기 유포늄과 혼동하지 말 것) 이라는 악기를 발명했다.
Chladni의 유폰은 Cristal Baschet 으로 알려진 현대 악기의 직계 조상이다.
클라드니 (Chladni)는 또한 1799년에 후크 (Hooke)의 “악기 실린더”를 개량하여 클라비실린더 (clavicylinder)라는 또 다른 악기를 생산했다.
클라드니는 자신의 악기를 가지고 유럽 전역을 여행하며 시연했다.
– 운석학
클라드니는 1791년 11월 괴팅겐 하늘 에서 목격했다는 불덩어리에 대해 게오르크 크리스토프 리히텐베르크 와 대화를 나눈 후 운석학에 관심을 갖게 되었다. 이 보고에 영감을 받은 클라드니는 지난 세기 유럽과 북미 전역에서 유사한 현상과 다른 낙하물들에 대한 보고들을 조사했다. 이러한 목격 사례들의 균일성을 바탕으로 그는 불덩어리와 낙하물 현상이 진짜일 것이라고 결론지었다.
이로 인해 그는 1794년에 Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr ähnlicher Eisenmassen und über einige damit in Verbindung stehende Naturerscheinungen (” 팔라스 와 그와 유사한 다른 존재들이 발견한 철 덩어리의 기원 과 관련된 몇 가지 자연 현상에 관하여”)을 출판하게 되었다. 이 책에서 그는 운석이 지구 외에서 유래 했다고 제안했다. 그는 이것이 낙하하는 질량의 빠른 속도를 설명하고 질량을 불덩어리와 연결한다고 주장했다. 불덩어리는 지구 대기에 진입하면서 매우 밝게 빛났다. 그는 이 운석들이 더 큰 질량을 형성하는 데 결코 굳어지지 않은 물질 덩어리이거나 행성의 형성과 파괴에서 나온 잔해라고 가설을 세웠다. 이것은 당시 논란의 여지가 있는 발언이었다. 운석은 화산에서 유래한 것으로 여겨졌기 때문이다. 또한 그의 주장은 달 너머에는 다른 별과 행성 외에는 아무것도 존재하지 않는다는 기존 믿음에 도전했다. 실제로 클라드니는 어린 시절 화성과 목성 사이의 비교적 먼 거리에 대해 알게 되었을 때 이러한 가정된 우주의 공허함에 매료되었다. 현재 소행성대가 있는 것으로 알려져 있다. 이 관찰은 운석의 기원에 대한 그의 설명에 반영되었다.
클라드니의 책은 처음에는 리히텐베르크를 포함한 동시대 물리학자들에게 조롱을 받았다. 그럼에도 불구하고 그의 글은 결국 더 많은 연구자들이 그의 이론을 뒷받침하게 된 호기심을 불러일으켰다. 1795년, 영국 요크셔의 월드 뉴턴 근처의 별장에 큰 돌 운석이 지구로 떨어지는 모습이 관찰되었고 , 월드 코티지 운석으로 알려진 그 조각이 영국의 화학자 에드워드 하워드에게 주어졌다. 그는 프랑스 광물학자 자크 드 부르농과 함께 그 성분을 주의 깊게 분석하고 외계에서 유래했을 가능성이 높다고 결론지었다.그 샘플이 이탈리아 시에나의 초기 유성우에서 나온 운석 샘플과 매우 유사하다는 점에 주목했다.] 그 사건은 수백 킬로미터 떨어진 베수비오산의 분화로 인한 것으로 여겨졌지만, 월드 뉴턴의 같은 범위 내에는 비슷한 화산이 존재하지 않으며, 가장 가까운 곳은 아이슬란드의 헤클라이다. 1803년 물리학자이자 천문학자인 장 밥티스트 비오는 프랑스 내무부 장관 으로부터 프랑스 북부의 라글 (L’Aigle) 위에 떨어진 유성우를 조사하라는 의뢰를 받았다. 이 유성우로 인해 마을에는 수천 개의 운석 조각이 떨어졌다. 클라드니 (Chladni)의 책과 하워드 (Howard)와 드 부르농 (de Bournon)의 과학 출판물과는 달리 비오 (Biot)의 생생한 보고서는 인기를 얻었고 더 많은 사람들이 클라드니의 통찰력을 진지하게 받아들이게 되었다.
클라드니의 통찰력으로 인해 이 분야의 일부 사람들은 그를 “운석학의 아버지”라고 부르는 반면, 다른 사람들은 클라드니의 이 분야에 대한 공헌을 보다 보수적으로 평가니다.
클라드니는 그 후 수십 년 동안 운석 목격 기록을 계속 발전시켰고, 운석 샘플도 수집했다. 그는 이 컬렉션을 1827년 베를린 대학교 광물학 박물관에 기증했으며, 현재 베를린 훔볼트 대학교 자연사 박물관에 소장되어 있다.
1993년 Carlton(IIICD) 철 운석에서 처음 기술된 광물은 그의 이름을 따서 클라드나이트로 명명되었다.
– 기타 작업, 죽음
클라드니는 판과 다른 물체의 자유 진동의 모드 주파수를 근사화하기 위한 간단한 대수 관계인 클라드니의 법칙을 발견했다.
클라드니는 오르간 파이프에 가스를 넣고 파이프를 연주할 때 나오는 소리의 특성을 측정하여 다양한 가스의 음속을 추정했다. 이것은 피에르 가센디가 1635년에 시작한 공기 중 음속 측정 작업을 기반으로 한다.
클라드니는 1827년 4월 3일 당시 프로이센 왕국 의 일부였고 오늘날 폴란드 남서부 브로츠와프 시에 속해 있던 하부 실레시아의 브레슬라우에서 사망했다.
○ Works
First page of a 1787 copy of “Entdeckungen über die Theorie des Klanges”
Entdeckungen über die Theorie des Klanges, Leipzig 1787.
Die Akustik, Leipzig 1802. French translation: Traité d’acoustique, Paris 1809. Also in Neue Beiträge zur Akustik, Leipzig 1817.
Beiträge zur praktischen Akustik und zur Lehre vom Instrumentbau, Leipzig 1821.
Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr ähnlicher Eisenmassen at the HathiTrust Digital Library, Leipzig/Riga 1794.
Über Feuermeteore, Vienna 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, Mainz 1827.
참고 = 위키백과, 네이버 백과사전
크리스천라이프 편집부