克拉尼圖形:驚人的共振實驗

加入我們的科學愛好者社群!

本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點


當我第一次看到這個影片時,我以為它是假的。也許是愚人節玩笑。但是,它不僅是真的,而且這種現象已經存在數百年了。為什麼我現在才聽說它?

(還有一個完整版本,您可以在其中聽到聲音:https://www.youtube.com/watch?v=1yaqUI4b974


關於支援科學新聞

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道: 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關當今塑造我們世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。


那麼,我們在這裡看到的是什麼?

這個演示是由一位名為brusspup的多產 YouTube 使用者進行的。我已經欣賞他的驚人的視覺錯覺幾年了——而且我不是唯一一個!他的影片已經獲得了數千萬次的觀看。

但這一個不是錯覺。相反,它是一種巧妙的方法,可以揭示我們感官通常看不到的模式。它可以追溯到 18 世紀,甚至 17 世紀,以及一位有些默默無聞的科學家。

恩斯特·克拉尼是一位德裔匈牙利物理學家和音樂家,他在聲學和隕石研究方面做出了開創性的工作。

事實上,在 1794 年,他是第一個發表隕石起源於外星的古怪想法的人,這一提議遭到了嘲笑。當時,它們被認為是火山起源的。 但是我們都知道誰笑到了最後。在十年內——在他有生之年——當一場戲劇性的流星雨在法國一個小鎮上留下了難以辯駁的隕石證據時,他得到了證明。

但是影片中看到的現象是克拉尼最著名的現象。這是一種揭示剛性表面複雜振動模式的技術。

來自維基百科...

“在共振中振動的板或膜被分成在相反方向上振動的區域,這些區域由稱為節點線的零振動線界定... 克拉尼的技術... 包括用弓在表面輕輕覆蓋沙子的金屬片上拉動。拉動板直到它達到共振,當振動使沙子移動並集中在表面靜止的節點線上,從而勾勒出節點線。”

現代演示版本傾向於使用現代裝置,例如帶有可調頻率的揚聲器和訊號發生器。在影片中,隨著頻率的改變,我們能夠看到板中的圖案如何呈現各種複雜的形狀。沙子被從振動區域推開,並聚集在表面保持靜止的地方(節點線)。

出現的漂亮圖案現在稱為克拉尼圖形,儘管克拉尼實際上是在羅伯特·胡克早期的實驗基礎上進行的,羅伯特·胡克在 1680 年觀察到振動玻璃板中的這些節點圖案。

因此,像許多科學家一樣,克拉尼是“站在巨人的肩膀上”。而且,就他的情況而言,不僅僅是任何巨人,而是艾薩克·牛頓在著名的解釋中寫給他的那個巨人,解釋了他如何能夠比以前的人看得更遠。

更新:如果您對物理學感興趣,請務必檢視Skulls in the Stars 上非常深入的解釋,其中包含許多精彩圖案的原始影像,並將該主題與雷射和量子力學聯絡起來。推薦!

In addition to performing and giving science communication talks for NSF, AAAS, NASA, NIST, ACS and other acronyms, Brian Malow has produced science videos for Time magazine and audio pieces for Neil deGrasse Tyson's StarTalk radio show. He has blogged for 大眾科學 and worked in science communications at the North Carolina Museum of Natural Sciences. He can be found as @sciencecomedianScienceComedian.com.

More by Brian Malow
© .