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声悬浮的起源与奥古斯特•昆特(August Kundt)

发布日期:2020-05-13      浏览次数:309

声悬浮现象是由德国物理学家奥古斯特•昆特(August Kundt)最早发现的。

1839 年 11 月 18 日,昆特出生在德国梅克伦堡,1861 年进入柏林大学学习数学和天文学,但他更感兴趣的却是物理学。当时物理学院的院长是著名的实验家古斯塔夫•马格努斯,就是那位发现了马格努斯效应的牛人,他明晰的讲课风格和完美的实验认证吸引了一大批热情的学者。他每周抽出时间在家里举办沙龙,和小圈子范围内的青年学生探讨物理问题。昆特就是其中的一员,由于昆特才思敏捷,多才多艺,1863 年马格努斯把他收到了自己门下,并手把手地传授他实验技能。马格努斯是犹太富商的儿子,他把自己的财产都投入到自己的实验室。昆特进入马格努斯实验室后,开始了他开挂的人生。

1866 年,27 岁的昆特已经是一位实验高手,他完美地完成了气体、固体的声速测量,就是这个声速测量实验,让他意外地发现:反应管内的 尘埃颗粒在声波下可以愉快地悬浮舞动。通过这些尘埃有规则的悬浮舞动,他敏感地发现了放射波和反射波叠加后的驻波场 及声悬浮现象。

昆特这篇测量声速的论文发表在 1866 年的物理年鉴上,现在哈佛大学图书馆还可以找到原文:

昆特用于测量声速的谐振管,被后人称为“昆特管”(Kundt tube),下图就是昆特当时使用的昆特管:

从上图可以看出,在声场中,这些 尘埃颗粒可以有序地悬浮跳动,这就是声悬浮的起源。


1866 年,昆特的声速测量实验可谓让他一战成名。1867 年,年仅 28 岁的他,就已经发表了 14篇研究论文,并被他的导师马格努斯聘为助手,特许他以讲师的身份在柏林大学讲课。 1868 年,昆特被瑞士苏黎世联邦理工大学直聘为物理学教授。 他不仅动手能力出众,讲课也很出色。有一位叫伦琴的工程系博士生听了昆特的课后,改变了自己的职业生涯,从工程专业转到了物理专业,并拜在了昆特门下,当时昆特 29 岁,伦琴 23 岁。1870 年,昆特回到德国维尔茨堡接替鲁道夫成为维尔茨堡大学物理系主任,伦琴做为助手跟他一起前往。这个伦琴就是后来大名鼎鼎的 X 射线发现者,也是诺贝尔物理奖的获得者。

 

昆特“驻波法测量声速”的办法和思路,在 20 年后还启发了另一位要测量电磁波速度的年青科学家,他就是昆特的学生的赫兹,赫兹用驻波法不仅测出了电磁波的速度就是光速,还证实了麦克斯韦理论。频率的国际单位就是以他的名字赫兹来命名的。

 

1888 年,昆特接替他的同门师兄亥姆霍兹成为德国实验物理学会主席、德国物理研究所所长。

 

1939 年,昆特诞辰一百周年,《自然》杂志专门在 11 月 18 日发表了一篇昆特的生平以示祭奠。

1990 年,美国内布拉斯加-林肯大学历史系的 David Cahan 发表了一篇长达 23 页的文章,文章的题目是《 从尘埃到气体动力学:昆特和 19 世纪 60-70 年代改变自然的实验物理学》,文中详细回顾了昆特和实验物理学的发展历程,确立了昆特在实验物理学的领导地位。

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