克拉尼图形的产生物理原理?
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发布时间：2022-04-26 21:55
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时间：2023-11-07 17:04
将乐器的共振可视化
想象一下你正在一场古典音乐会上，管弦乐队已经完成暖场演奏，灯光也暗了下来。小提琴独奏者来到舞台*，聚光灯打在她的身上。当她拿起琴弓，全场观众安静下来，你期待着第一个优美的音符响起。演奏者将琴弓拉过琴弦，发出美妙的音符，在整个大厅回荡，带给你愉悦的听觉享受。
表演正式开始之前，乐手们在舞台上暖场。
除了小提琴演奏者的天赋和日常训练，小提琴的品质对发出的声音也起着很大的作用。音乐家们对自己的乐器非常挑剔，这是理所当然的，因为乐器的设计会影响它的共振。举例来说，当拉动琴弦时，琴弦会以一定的频率振动，该频率通过每秒来回振动的次数进行测量。至关重要的一点是，小提琴的琴桥和琴身需要经过优化才能传递振动的能量，否则只能产生最小的共振。
在设计和制造小提琴和其他弦乐器时，需要测试各个孔的最佳位置、木材的厚度以及内部钢筋的位置等因素。我们还可以通过克拉尼板将小提琴中各种振动的几何形态进行可视化，称为克拉尼图形。
小提琴形状的铝质克拉尼板照片，显示了克拉尼图形。
克拉尼板是如何工作的？它们又是如何产生的？
恩斯特·克拉德尼：探索流星和音乐
现在我们都知道声音在固体、气体或液体介质中以波的形式传播，但过去人们并不知道这一点。18 世纪末，德国科学家恩斯特·克拉德尼发明了一种方法，将声波的振动可视化，首次证明了声音是通过波来传播的。
恩斯特·克拉德尼在获得法学学位后不久，突然改变了职业生涯，最终成为了著名的“流星之父”和“声学之父”。克拉德尼的父亲是一名法学教授，不赞成儿子对科学感兴趣，迫使他像自己一样，成为一名律师。克拉德尼遵从了父亲的意愿，但在 1782 年从法学院毕业后不久，他就收到了父亲去世的消息。虽然这对克拉德尼来说的确是一段艰难的时光，但从此以后他可以自由地追求自己真正想要的职业，并将研究方向转向物理学。
然而意想不到的是，克拉德尼的法律背景却为他对这门科学的研究带来了优势：他在审查法庭案件的目击者证词方面积累了经验，并使用类似的方法来支持他的理论，即流星来自地球之外，并非源自火山，而后者是当时人们的共识。
克拉德尼极尽所能对从天而降的物体进行了各种研究，并找到目击这些事件以及听到和看到过类似现象（比如大量的岩石落到地面、火球、爆炸和音爆）的人们。在汇编了最可靠的目击者报告后，克拉德尼能够估算出岩石进入大气层的速度，从而得出结论：岩石烧焦的外观和它们极高的速度，只有它们来自外太空才可能解释这一点。
