acustica - apparecchi di Chladni
Apparecchio per le figure di Chladni
SCHEDA TECNICA
INVENTARISTATO
5 dischi di ottone fermati sopra una base con archetto
Sostegno per cinque lamine metalliche
Sostegno per cinque lamine metalliche
1818Nº //
1838591
P.A.Nº //
1870163
1925a110
Completo
Integro
Funzionante
Dimensioni
MATERIALI: ottone, legno, lacca
BIBLIOGRAFIA & PRESTITI
DATABASE
Datazione: 1844 - 1845
Nel Museo A. M. Traversi - Vetrina K
Descrizione          Funzionamento: spiegazione - verifica          Testi&Curiosità


Immagine, Malfi, © D 2008
Fonti
 

Questo strumento acustico permetteva di ottenere immagini dei modi di vibrare di lastre metalliche di forma e spessori diversi sfruttando il metodo delle "figure sonore" o "figure di polvere" inventato nel 1787 dal fisico tedesco Ernest Chladni (1756-1827).

Fra i tanti fenomeni analizzati in ambito acustico vi è anche quello relativo al modo di vibrare di corpi qualsiasi. Per risolvere un simile problema si può pensare di estendere i risultati ottenuti dallo studio delle onde stazionarie sulle corde tese e nelle colonne d'aria (risonatore di Savart), tuttavia il problema si presenta subito matematicamente assai complesso, dal momento che la sovrapposizione dei modi armonici caratteristici di un corpo non produce in generale un moto complessivo periodico perché, di solito, le frequenze dei modi superiori (cioè quelle che nelle corde tese si chiamano le armoniche) non sono semplicemente multipli interi della frequenza fondamentale. Da un punto di vista teorico il problema delle vibrazioni trasversali delle lastre è matematicamente piuttosto complesso e per quasi tutto il XIX secolo famosi matematici come Lagrange, Cauchy, Kirchhoff, Rayleigh, studiarono a fondo questa questione cercando le soluzioni dell'equazione (trovata nel 1811 da Lagrange) nel caso di lastre quadrate e circolari.

Chladni si era mosso invece per via empirica e il suo metodo era davvero geniale nella sua estrema semplicità. Per aggirare l'ostacolo Chladni inventò un espediente semplice ma efficacissimo per visualizzare il comportamento vibratorio di piastre dalle forme geometrica regolare e non. La tecnica si basa sul fatto che, quando una lastra (per esempio quadrata e fissata al centro) viene messa in vibrazione sfregandone il bordo con un archetto di violino, i granelli di sabbia che su di essa sono stati precedentemente depositati saltellano in corrispondenza dei ventri e vanno quindi a raccogliersi in corrispondenza delle linee nodali (cioè dei punti che vibrano con ampiezza nulla). Ciò dà vita ad interessanti figure simmetriche, dette figure di Chladni, nelle quali si distinguono perfettamente le line nodali dalle porzioni di lastra che invece sono coinvolte nella vibrazione.

Chladni verificò che a uguali figure corrispondevano uguali suoni, ma che non era vero il contrario. Sullo strumento le lamine simili per forma sono diverse nelle dimensioni e/o nello spessore in quanto questi parametri (con altri) influenzano il modo di vibrare delle lastre. La vibrazione si otteneva sfregando il bordo con un archetto.

E' interessante notare che la visualizzazione delle aree vibranti usando come tramite piccoli corpi influenzati dal fenomeno in esame è, dal punto di vista operativo, in forte analogia con il metodo con cui Faraday, ricorrendo alla limatura di ferro, visualizzava pochi decenni dopo il campo magnetico in situazioni fisiche complesse.

E' importante mettere in luce alcune caratteristiche interessanti relative alle figure che si possono ottenere. In generale vale quanto segue:

In definitiva le vibrazioni delle piastre sono soggette alla seguente legge: "Per piastre dello stesso materiale, della stessa forma e che producono le stesse figure di Chladni, le frequenze di vibrazione sono direttamente proporzionali al loro spessore e inversamente proporzionali alle loro superfici".