Titel: Ueber die Schwingungen erhizter Metalle.
Autor: Trevelyan, Arthur
Knight, W.
Fundstelle: 1834, Band 52, Nr. LXIV. (S. 339–354)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj052/ar052064

LXIV. Ueber die Schwingungen erhizter Metalle. Von Hrn. Arthur Trevelian Esq. Mit einem Briefe des Hrn. Dr. W. Knight über denselben Gegenstand.62)

Aus dem London and Edinburgh philosophical Magazine and Journal of Science. November 1833, S. 321.

Mit Abbildungen auf Tab. V.

Da es sehr häufig oder beinahe immer nicht ohne Interesse ist, die zufälligen Umstände, welche zur Entdekung irgend einer neuen naturwissenschaftlichen Thatsache führten, zu kennen, so will ich diesen Aufsaz mit einer kurzen Erzählung der Art und Weise, auf welche ich die Schwingungen der erhizten Metalle entdekte, beginnen. Ich wollte nämlich am 9. Februar 1829 etwas gewöhnliches Pech mit einer eisernen Pflasterspatel aufstreichen, und legte dieselbe, da sie zu heiß war, in etwas schiefer Richtung quer über einen bleiernen Blok, wobei deren Griff auf dem Tische auflag. Kaum lag die Spatel einige Zeit über in dieser Stellung, so vernahm ich einen hellen, hohen Ton, der dem Tone einer kleinen northumberländischen Pfeife nicht unähnlich war. Da ich nicht wußte, woher der Ton kam, so dachte ich, er könnte allenfalls außer dem Zimmer, in welchem ich mich befand, veranlaßt worden seyn; ich öffnete also die Thüre, ging hinaus, sah und hörte aber nicht das Geringste, bis ich wieder in das Zimmer trat, und daselbst wieder den nämlichen Ton vernahm. Nachdem ich mich hier einige Minuten lang umgesehen, und mich dem Eisen genähert hatte, entdekte ich, daß sich dieses Eisen in schwingender oder zitternder Bewegung befand, und daß der fragliche Ton also von ihm veranlaßt wurde. Ich war über diese Beobachtung eben so erfreut, als dadurch überrascht, obschon ich damals, wo ich mit der Lehre von der Wärme und den damit verbundenen Erscheinungen noch nicht sehr vertraut war, noch nicht wußte, daß die von mir beobachtete Erscheinung eine ganz neue sey. Ich kam im November 1830 nach Edinburgh, wohnte daselbst den Vorlesungen des Hrn. Dr. D. B. Reid über Chemie bei, und theilte diesem Gelehrten meine Beobachtung mit. Von ihm erfuhr ich, daß dieselbe noch ganz neu sey; er forderte mich auf, meine Versuche hierüber fortzusezen, und deren Resultate der Royal Society zu Edinburgh vorzutragen. Ich folgte diesem Rache und hatte auch wirklich die Ehre im lezten Winter vor dieser Gesellschaft zwei diesen |340| Gegenstand betreffende Abhandlungen vorzutragen, und mehrere Versuche in ihrer Gegenwart anzustellen.

Seit dieser Zeit habe ich noch eine große Menge weiterer Versuche angestellt, und es gelang mir dadurch nun auch mit den meisten jener Metalle, mit denen ich früher wegen der Unvollständigkeit des Apparates keine Schwingungen erhielt, dergleichen zu erzeugen. Die hier beigefügte Tabelle enthält sämmtliche Metalle aufgeführt, an denen ich Schwingungen beobachtete; ich wiederholte die Versuche mehrere Male, ehe mir deren Resultate genügten.

Textabbildung Bd. 52, S. 340
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Ich war bisher noch nicht so glüklich mit Wismuth einen Ton zu erhalten, obwohl ich bei der Anwendung des sogenannten blassen Lothes, welches doch eine Legirung dieses Metalles ist, einen solchen beobachtete. Das Stük Gold war zu klein, als daß ich den heißen Stab auf das kalte Stük hatte legen können. Wahrscheinlich würden die Resultate mit dem Golde und mit dem Platin zahlreicher ausgefallen seyn, wenn ich mir besser geformte Stüke dieser Metalle hätte verschaffen können.

Stäbe von Zinn, Blei, Wismuth, Spießglanz, Blokzinn, Loth, Zinnloth und blassem Loth gaben keinen Ton, wenn sie erhizt auf Blöke oder Ringe von allen in der Tabelle angeführten Metallen gelegt wurden.

Kalte Stäbe Blei, Glokengut, Zinnloth und blasses Loth erzeugten hingegen sowohl eine Schwingung, als einen Ton, wenn man sie auf erhiztes Eisen oder Messing legte. Ein kalter Bleiblok auf eine erhizte polirte Stange eines Feuerrostes gelegt, tönte laut und schwang sich rasch.

Die Schwingung dauerte auch unter dem ausgepumpten Recipienten einer Luftpumpe fort.

Die Stäbe begannen bei einer Temperatur, die unter 212° F. (+ 80° R.) steht, auf Blei zu schwingen oder zu vibriren; bei härteren Metallen erforderten sie jedoch eine höhere Temperatur.

Ein kalter messingener Stab von 5 Zoll Länge, 2 Zoll Breite und 3/8 Zoll Dike, der auf einen kalten bleiernen Cylinder von 1/2 Zoll Dike, 2 Zoll Höhe und 4 1/2 Zoll im Durchmesser gelegt wurde, gab, wenn man eine Weingeistlampe unter den Stab stellte, nach Verlauf von 6 Minuten 15 Secunden Schwingungen und einen Ton, welcher 5 Stunden 55 Minuten andauerte, und welcher wahrscheinlich noch eine beliebige Zeit über gedauert haben würde, wenn ich die Lampe nicht entfernt hatte. Nach Entfernung der Lampe dauerten die Schwingungen nur noch 6 Minuten. Der Blok erreichte hiebei eine solche Hize, daß man ihn mit bloßer Hand nicht zu halten im Stande war. Die Schwingungen wurden bloß dadurch unterhalten, daß der Messingstab das Blei so sehr in der Kraft den Wärmestoff zu leiten übertraf; wegen der geringen Größe des Stabes sank dessen Temperatur bald auf jene des Bleies herab, wo dann die Schwingungen aufhörten.

Wenn der Messingstab bedeutend erhizt auf das kalte Blei gelegt wurde, so traten die Schwingungen gewöhnlich augenbliklich und von selbst ein.

Ein Stab von 5 Zoll Länge, 2 Zoll Breite und 3/8 Zoll Dike |342| schwang sich noch, wenn er auch mit einem Gewichte von 12 Pfunden beschwert wurde.

Wie nahe der Stab und der Blok auch einander gebracht werden mögen, so zeigt sich doch nicht eher eine bemerkbare Erscheinung, als bis sie wirklich mit einander in Berührung kommen.

Wenn man den Stab in horizontaler Richtung und im Gleichgewichte auf einen schmalen Bleiblok (Fig. 1) legt, welcher an jenem Theile, auf welchem der Stab aufruht, abgerundet ist, so zeigt sich die Schwingung sehr schön, indem sich der Stab zu gleicher Zeit senkrecht und nach der Seite bewegt. Ein Stab von 10 oder mehr Zoll Länge, welcher in der Mitte zur Verhinderung des Abgleitens abgeplattet, und an beiden Enden mit einer Kugel versehen ist (Fig. 5), vergrößert, wenn er quer über einen erhizten, sich schwingenden Stab (Fig. 6) gelegt wird, den Bogen der Bewegung bedeutend, und macht dadurch die Bewegungen weit anschaulicher.

Ein diker kupferner Ring von 5 Zoll im Durchmesser schwingt sich, wenn er erhizt und an einem Bleistabe aufgehängt wird, nach Rükwärts und Vorwärts; legt man ihn hingegen auf einen schmalen bleiernen Blok, so erfolgen die Schwingungen nach Auf- und Abwärts.

Ein erhizter Stab schwang sich auf einem Stüke dünnen Bleibleches, dasselbe mochte lose liegen oder auf Messing gelöthet seyn; eben so schwang er sich auf einem mit Blattgold geglätteten Bleibloke.

Ein erhizter kupferner Stab schwang sich auf dem Boden eines gläsernen Sturzbechers. Ich stellte diesen Versuch in Gegenwart des seligen Professors Leslie an; man erhält aber nur schwer und unsicher das gewünschte Resultat.

Die Schwingungen der Stäbe offenbaren sich am besten, wenn die Fläche, mit der man sie auf die Bleiblöke legt, etwas rauh ist; beide Metalle müssen aber rein und ohne Spuren von Oxydation seyn, weil die Oxyde die Schwingungen hindern.

Ein erhizter Kupferstab, der auf einen oben abgerundeten eisernen Blok gelegt, und dann in der Mitte des abgerundeten Theiles ins Gleichgewicht gebracht wurde, zeigte die senkrechte Bewegung.

Die Form und Größe der Blöke äußert wenig Einfluß, ausgenommen bei den zarteren Versuchen mit den harten Metallen; auf Blei schwingen sich die harten Metalle, wenn sie erhizt werden, welche Form sie auch haben mögen.

Hr. K. T. Kemp, der gewandte Chemiker und Physiker, erzählte mir, daß etwas Wismuth, das er geschmolzen hatte, nachdem er es aus dem Model genommen, beim Abkühlen einen Ton von |343| sich gab, den er jedoch nicht mehr hervorzubringen im Stande war, wenn er das abgekühlte Wismuth neuerdings erhizte.

Die Stäbe, deren ich mich zu meinen Versuchen bediene, sind von verschiedener Größe. Ein Stab von beiläufig 5 Zoll Länge, 1 1/2, Zoll Breite und 3/8 Zoll Dike erzeugt einen sehr merklichen Ton; an dem einen Ende desselben muß jedoch ein 6 Zoll Länger Draht angebracht werden, und dieser Draht dient als Handhabe.

An der einen Seite des Stabes ist seine Mitte entlang eine Kante oder ein Grat gebildet, indem sich der Rufen gegen beide Ränder hin abdacht; die entgegengesezte Seite hingegen ist gegen die Mitte hin ausgehöhlt, damit beide Seiten schwerer werden, was die Schwingungen begünstigt. Die Längenkante ist der Theil, mit welchem die Stäbe auf dem Bloke ruhen (Fig. 3 und 4).

Ein hohler bleierner Cylinder von beiläufig 1/2 Zoll Dike und von einem Durchmesser, der mit der Länge des Stabes im Verhältnisse steht, ist die beste Vorrichtung, um die Schwingungen zu zeigen, und den Ton hervorzubringen. Durch eine Unebenheit oder durch einen unregelmäßigen Ausschnitt in diesem bleiernen Cylinder wird der Ton verstärkt.

Wenn ein stark erhizter Stab auf kaltes Blei gelegt wird, so ist der Ton anfangs sehr hart und unbestimmt; so wie das Blei aber auch einen gewissen Grad von Wärme erreicht, wird der Ton hell, voll und mild. Ein Druk auf den Stab verändert den Ton, und je größer der Druk, um so höher wird der Ton. Ein auf den Resonanzboden oder auf den Tisch, auf welchen der sich schwingende Stab gelegt ist, angebrachter Druk, oder selbst das Gehen durch das Zimmer verändert den Ton, indem die Stellung des Stabes dadurch eine Veränderung erleidet.

Ein gewöhnliches erhiztes Schüreisen schwingt sich, wenn es auf einen Bleiblok gelegt wird, und erzeugt tiefe Töne. Wenn der sich schwingende Stab auf ein Pianoforte gebracht wird, so wird dessen Schwingung und folglich auch dessen Ton durch das Anspielen gewisser Noten verändert, und manchmal sogar plözlich unterdrükt.

Die Schwingungen werden verhindert, wenn man die Oberfläche des Bleies mit Queksilber, Oehl, Gyps oder Oehlvergoldung abreibt; eben so findet keine Schwingung Statt, wenn ein Stük dünnes Papier oder ein Stük Drahtgewebe zwischen den Stab und den Blok gelegt wird. Die Schwingungen konnten mit keinen anderen Substanzen, als mit Metallen hervorgebracht werden; nur der erwähnte gläserne Sturzbecher machte eine Ausnahme hievon.

Um zu erfahren, ob zwischen den harten und weichen Metallen in erhiztem Zustande eine Anziehung Statt findet, nahm ich zwei |344| Stük Messing von beiläufig einer Unze Schwere, befestigte einen Draht an denselben, und hing sie damit an einem empfindlichen Wagbalken auf. Nachdem nun diese Messingstüke erhizt worden, brachte ich Bleiblöke in verschiedenen Entfernungen unter dieselben, ohne daß sich jedoch hiebei die geringste Wirkung zeigte.

Um zu sehen, ob Elektricität die Ursache der fraglichen Erscheinung sey, oder irgend eine Veränderung in den Schwingungen der Stäbe bewirkt, bohrte ich ein Loch in einen Stab, und füllte dieses mit Queksilber; dann löthete ich an den Bleicylinder, auf welchen der Stab zu liegen kam, einen Draht, den ich an das eine Ende einer galvanischen Batterie von 150 Platten von 4 Zollen im Gevierte leitete, während ich von dem anderen Ende dieser Batterie einen Draht in das in dem Loche des erhizten Stabes befindliche Queksilber führte. Weder auf diese noch auf irgend eine andere Weise war ich jedoch im Stande auch nur den geringsten Einfluß der Elektricität auf die Schwingungen oder auf die durch sie erzeugten Töne zu entdeken. Ich lud eine Leydner Flasche und entlud sie auf denselben Stab und Blok, ohne daß sich eine Wirkung gezeigt hatte.

Weingeist oder Aether äußerten, wenn sie auf dem erhizten und in Bewegung befindlichen Stabe verdampft wurden, nicht die geringste Wirkung. Luft, welche mit einem Blasbalge auf den in Schwingung begriffenen Stab geblasen wurde, beeinträchtigte die Schwingungen gar nicht. Wenn der erhizte Stab an der Stelle, an welcher er aufliegt, vollkommen glatt abgerieben ist, und wenn eben so auch der Blok vollkommen glatt ist, so entstehen keine Schwingungen; und wenn die Temperatur des Stabes jener des Blokes gleich wird, so hören sowohl die Schwingungen als der Ton auf.

Aus diesen Versuchen scheint sich also zu ergeben:

1) daß man, um Schwingungen hervorzubringen, sowohl für die Stäbe als für die Blöke gleichartige oder verschiedenartige Metalle anwenden muß und daß nur der gläserne Sturzbecher eine Ausnahme hievon macht.

2) Daß der Unterschied der Temperatur zwischen den beiden Metallen bedeutend seyn muß, obschon übrigens einige Metalle eine höhere Temperatur erfordern als andere. Die Schwingungen des Zinkes und Glokengutes gelingen bei einer niedrigeren Temperatur, als jene der harten Metalle.

3) Daß die Oberfläche des Blokes einen gewissen Grad von Rauhheit haben müsse, indem bei einer vollkommenen Glätte derselben keine Schwingungen zum Vorscheine kommen; daß der Stab hingegen nicht glatt genug seyn kann.

4) Daß alle Substanzen, welche man zwischen den Stab und |345| den Blok legt, die Schwingungen verhindern. Eine Ausnahme hievon bildet der Ueberzug mit einem Goldblättchen, dessen Dike nicht über den 200,000sten Theil eines Zolles beträgt.

5) Daß die Luft keinen Antheil an der Erzeugung der schwingenden Bewegungen hat, wie wesentlich deren Gegenwart auch zur Erzeugung des Tones nöthig ist.

6) Daß dieses Phänomen weder mit dem Galvanismus, noch mit der Elektricität in Zusammenhang steht, indem weder die Schwingungen, noch die Töne auch nur die geringste Veränderung erleiden, wenn man einen Strom durch den in Thätigkeit befindlichen Stab leitet. Prof. Forbes fand nach zahlreichen Versuchen keine Spur von Thermoelektricität.

7) Daß alle Metalle, sowohl einfache als legirte (mit Ausnahme des Wismuthes) Schwingungen und Töne erzeugen, wenn das eine erhizt und das andere kalt ist, und wenn dieselben mit einander in Berührung gebracht werden. Bei einigen Metallen lassen sich die Schwingungen jedoch weit schwieriger hervorrufen, als bei anderen, indem viel auf die Temperatur, besonders aber auf die Art und Weise, wie die Metalle auf einander gelegt werden, und wobei oft große Sorgfalt nöthig ist, ankommt.

8) Daß, obschon sich den bisherigen Beobachtungen gemäß nicht alle Metalle auf ihres gleichen oder auf allen anderen Metallen schwingen, und obschon ich bisher noch mit keinen anderen Substanzen, als mit Metallen, Schwingungen zu erzeugen im Stande war, dennoch zu erwarten ist, daß man später, wenn man mehr mit diesem Gegenstande vertraut seyn wird, mit allen Metallen und mit allen anderen festen oder flüssigen Körpern solche Schwingungen wird hervorbringen können.

Nach folgender Theorie, welche zum Theil aus Prof. Leslie's Erklärung der Schwingung entnommen ist, und welche auch die meiste Wahrscheinlichkeit für sich zu haben scheint, werden die schwingenden Bewegungen den gewöhnlichen mechanischen Veränderungen, welche der Wärmestoff bei seinem Uebertritte von einer Substanz in eine andere bedingt, nämlich der Ausdehnung und Zusammenziehung, die mit den Veränderungen der Temperatur in Zusammenhang stehen, zugeschrieben.

Wie es scheint ist es zum Gelingen der Operation nöthig, daß das eine Metall einen gewissen Grad von Rauhheit oder Unebenheit auf seiner Oberfläche darbiete, und diese Rauhheit wird durch die zahllosen Punkte oder Spizen, welche aus der Metallmasse hervorragen, erzeugt. Wenn nun der erhizte Metallstab auf das kalte Blei gelegt wird, so dringt der Wärmestoff in diese Erhabenheiten; und |346| da die Wärmeleitungskraft in denselben nicht groß ist, so erfolgt seine Verbreitung durch die übrige Masse auch nicht zu rasch; sie dehnen sich folglich augenbliklich aus, und verlängern sich, und durch diese plözliche Ausdehnung wird dem auf ihnen liegenden Stabe ein Impuls mitgetheilt. Da sich der Wärmestoff aber dennoch bald in die Masse fortpflanzt, so ziehen sich die Erhabenheiten wieder zusammen, kommen dadurch in einen Zustand, in welchem sie neuerdings wieder Wärmestoff aufnehmen können, und durch diese wiederholte Aufnahme von Wärmestoff erfolgt neuerdings wieder eine Ausdehnung, und der Grab erhält einen zweiten Impuls. Auf diese Weise dauert dieß unaufhörlich fort, und obschon der erste Impuls unendlich klein und ganz unfähig ist, eine merkliche Bewegung des Stabes hervorzubringen, so erfolgt doch durch die immerwährende Wiederholung dieser Impulse eine solche Ansammlung ihrer Kraft und Wirksamkeit, daß die Bewegungen endlich selbst für das Auge sichtbar werden.

Sobald der Unterschied der Temperatur, welcher zwischen dem Stabe und dem Bloke Statt findet, eine gewisse Gränze erreicht hat, werden die Impulse immer schwacher und schwächer, so daß der Stab endlich wieder zur Ruhe kommt. Es wurde oben bemerkt, daß die Erscheinung um so ausgezeichneter ist, je glatter der Stab ist; diese Glätte wirkt nun, wie ich glaube, dadurch mit, daß sie die Geschwindigkeit, mit welcher der Wärmestoff an die Erhabenheiten des Blokes mitgetheilt wird, erhöht, so daß also hiedurch die Verlängerung, die dem Stabe den Impuls gibt, sowohl in Hinsicht auf Geschwindigkeit als in Hinsicht auf Ausdehnung vermehrt wird. Würde der Stab einen etwas bedeutenden Grad von Rauhheit oder Unebenheit haben, so würden dadurch die Berührungspunkte zwischen den beiden Metallen vermindert werden, und folglich würde auch die Uebertragung des Wärmestoffes langsamer von Statten gehen.

Wenn beide Oberflächen vollkommen polirt sind, so gelingt der Versuch nicht, und der Metallstab kommt gar nicht zum Zittern. Der Grund hievon liegt wahrscheinlich darin, daß der Wärmestoff in jeden Theil der Oberfläche des Blokes gleichmäßig eindringt und folglich schneller durch die Masse verbreitet wird, so daß mithin die partiellen und plözlichen Ausdehnungen, welche den Impuls veranlassen, nicht Statt finden können.

Das Schaukeln oder Schwingen der Metallstäbe auf dem schmalen Bleibloke kann auf zweierlei Weise hervorgebracht werden, und zwar entweder durch eine kleine Ungleichheit in dem Gewichte des Stabes auf den beiden Seiten der Kante, oder durch irgend einen Unterschied in der Beschaffenheit der Oberfläche jenes Theiles des |347| Blokes, der mit der Kante des Stabes in Berührung steht. Die Erklärung hiefür ist folgende:

1) Wenn die erst erwähnte Ungleichheit im Gewichte besteht, so wird, sobald der Stab nach Aufwärts gehoben wird, das größere Gewicht der einen Seite denselben veranlassen, sich auf diese Seite zu neigen; so wie aber dieser Hub aufgehört hat, und die Zusammenziehung auf denselben folgt, so wird sich der Stab wieder seiner früheren Stellung nähern, in der er jedoch nicht verbleiben wird, weil die der überwiegenden Seite gegebene Neigung nun ihrerseits den Stab veranlassen wird, sich auf die entgegengesezte Seite zu neigen. Die Impulse, die der Stab nun in dieser Stellung durch die erneuerte Ausdehnung und Verlängerung erhält, werden nicht nur das Emporheben desselben wieder erneuern, sondern sie werden auch wieder dessen Neigung auf die schwerere Seite hervorbringen, und auf diese Weise wird die seitliche Bewegung verstärkt werden, welche wie die senkrechte zwar anfangs unmerklich, später aber durch die unaufhörliche Widerholung so erhöht wird, daß die schaukelnde Bewegung sichtbar wird.

2) Wenn in Betreff der Rauhheit der Oberfläche jenes Theiles des Bleiblokes, auf welchem die Kante des Stabes ruht, ein Unterschied Statt findet, so muß hieraus nothwendig folgen, daß der Impuls, den der Stab erhält, auf der rauheren Seite größer ist, als auf der glatteren; es wird also das Emporheben dadurch so modificirt werden, daß zugleich auch eine Neigung auf die eine Seite entsteht. Der Stab, der auf diese Weise beim Emporsteigen gegen die rechte Seite hin aus dem Gleichgewichte kommt, wird sich beim Herabsinken eben so weit nach Links neigen, und da er hier den ausdehnenden Impuls erhält, wieder zurükgetrieben werden, so daß auf diese Weise das Schaukeln erfolgt. Der Ton hängt bloß von der Geschwindigkeit der Schwingungen ab; denn erfolgen dieselben langsam, so hört man feinen Ton.

Ich glaube aus den oben angeführten Versuchen und aus der erklärenden Theorie derselben schließen zu können, daß sich hienach die Ursachen mancher Töne ausfindig machen lassen, für welche man bisher noch keine Erklärung wußte. Die Töne, welche man nach Humboldt bei Sonnenaufgang hört, wenn man auf gewissen Granitblöken an den Ufern des Orinoco liegt; die Töne, welche die Memnonssäule bei Sonnenaufgang hören ließ; der gellende, dem Abspringen einer Saite ähnliche Ton, welchen französische Naturforscher am Berge Carnac beobachteten, haben wahrscheinlich ihren Grund in den pyrometrischen Ausdehnungen und Zusammenziehungen der verschiedenen Substanzen, aus denen die Statue und der |348| Berg bestehen. Aehnliche Töne lassen sich aus gleichem Grunde vernehmen, wenn die Hize auf irgend eine verbundene Masse von Maschinerien einwirkt, und das Knistern, welches man an einem Feuerroste hört, gibt ein Beispiel mehr. Ich hörte oft, daß ein Schüreisen, wenn es erhizt war, und wenn dessen Ende wo auflag, einen Ton von sich gab. Das Singen eines Theekessels dürfte gleichfalls auf diese Weise seine Erklärung finden, und eben so dürfte der laute Ton, den man in den Branntweinbrennereien hört, nachdem Feuer unter die kupfernen Kessel gemacht worden, und der so lange anhält, bis die Flüssigkeit zum Sieden kommt, auf diesem Grunde beruhen.63)

Hr. John Robison, Secretär der Royal Society zu Edinburgh, erzählte mir, daß er ein Mal einen erhizten Stab aus der Hand fallen ließ, und daß dieser Stab, der auf ein Stük angestrichenes Holz fiel, zu seiner Verwunderung Töne hören ließ, die jedoch bald verschwanden.

Ich kam durch meine Beobachtungen auch auf folgende, wie mir scheint, nicht ganz unwahrscheinliche Theorie der Erdbeben und vulkanischen Eruptionen. Die Erdbeben und die in deren Gefolge hörbaren Töne können nämlich durch die Schwingungen veranlaßt werden, welche dadurch entstehen, daß tief unter der Oberfläche der Erde in einigen großen Metallmassen, welche mit einem kalten schlechten Wärmeleiter in Berührung stehen, Hize entwikelt wird. Lezterer würde nämlich dadurch heftig erschüttert werden, und auf diese Weise könnten die Erderschütterungen entstehen, durch deren Heftigkeit die Risse in der Erde hervorgebracht werden. Die mit verdichteten brennbaren Stoffen und flüssiger Lava gefüllten unterirdischen Höhlen würden auf diese Weise geöffnet, und in Folge der außerordentlichen Ausdehnungskraft der in ihnen enthaltenen Substanzen würden diese |349| emporsteigen, und oft sogar auf eine bedeutende Höhe emporgeschleudert werden.

Ich füge diesem Aufsaze nur noch folgende interessante Bemerkungen über die Schwingungen der erhizten Metalle bei, welche Hr. Dr. W. Knight, Professor der Naturgeschichte zu Aberdeen, am 8. Junius 1833 meinem Bruder in einem Schreiben mittheilte.

„Ich bedauere, Ihnen wegen des Dranges meiner Berufsgeschäfte nur eine kurze Notiz über die neuen Versuche mittheilen zu können, die ich im Mai und April l. J. über die Schwingungen metallener Körper anstellte.“

„Da mir die Versuche mit den eisernen Schürhaken und den Bleiblöken etc. eben so oft gelangen, als mißlangen, und da ich mir das Mißlingen derselben nicht jedes Mal erklären konnte, so kam ich endlich auf eine sehr einfache Methode, diese Schwingungen zu erzeugen, auf eine Methode, die mir bei der Mehrzahl der angewendeten Metalle beinahe nie mißlang. Diese Methode besteht nun darin, daß ich eine Quantität geschmolzenen Metalles (wie z.B. Zinn, Blei, Wismuth, Schlagloth etc.) in eine halbkugelförmige oder besser in eine parabolisch-conoidische Schale aus Kupfer, Eisen oder Messing bringe, und diese auf ein Stük Blei oder auf ein anderes Metall stelle. Die Schwingungen, in welche diese Schale geräth, dauern selbst dann, nachdem das geschmolzene Metall schon erstarrt ist, noch lange Zeit fort, und sogar so lange, bis die Temperatur der Schale und ihres Inhaltes auf eine Temperatur herabgesunken, die von jener des Metalles, auf welchem die Schale ruht, nicht viel verschieden ist. Ich habe bei verschiedenen Versuchen eiserne, kupferne und messingene Schalen von 2 bis 6 Zoll im Durchmesser, und geschmolzene Metalle von 1 Unze bis zu einigen Pfunden angewendet. Wenn man das geschmolzene Metall zu rasch in die Schalen gießt, so soll man dieselben, damit sie nicht umschlagen, einige Secunden lang mit einer kleinen Zange festhalten. Ich konnte auf keinen anderen Substanzen, als auf Metallen Schwingungen hervorbringen; am ausgezeichnetsten sieht man dieselben auf dem Bleie, dem Zinne, dem Zink, dem Spießglanz; schwächer auf dem Silber, dem Golde, dem Platin, dem Messing, dem Kupfer. An Schmied- und Gußeisen konnte ich dieselben nicht beobachten; an dem Metalle, dessen man sich zu den Spiegeln der Teleskope bedient, und an der bekannten leichtflüssigen Metalllegirung sind sie hingegen sehr augenscheinlich. Die Glatte der Metallklumpen, mit welchen die Schwingungen erzeugt werden, vermindert die Wirkung bedeutend oder selbst gänzlich.“

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„Zu den interessantesten Versuchen gehören folgende:

1) Drei oder vier Unzen geschmolzenes und in eine parabolische kupferne Schale gegossenes Blei geben, wenn sie auf einem pfundschweren Klumpen Zinn mit unebener Oberfläche ruhen, laute schnelle und große Schwingungen. Dabei hört man ein eigenthümliches knisterndes Geräusch, welches seiner Natur nach jenem Geräusche, das man beim Biegen einer Zinnstange hört, am nächsten kommt. Drükt man den Zinnklumpen mit den Fingern zusammen, so hört der Ton nicht auf, sondern er wird dadurch nur mehr gedämpft; entfernt man hingegen die Finger wieder, so läßt sich das frühere knisternde Geräusch neuerdings wieder vernehmen. Dabei lassen sich auch mit den Fingern deutlich die Schwingungen fühlen, die dem Metallklumpen durch die erhizte Schale mitgetheilt werden.

2) Wenn man dieselbe Quantität Blei in derselben Schale auf einen pfundschweren Klumpen Zink bringt, so beginnen die Schwingungen unmittelbar, beim Ausgießen des Bleies; sie sind klein, rasch und gleich, nicht ungleich, wie auf Spießglanz. Die Töne sind dabei vernehmbarer, als auf irgend einem anderen Metalle; sie hören aber auf, wenn man den Metallklumpen zwischen den Fingern drükt, und wenn sie wieder beginnen, so merkt man eine Veränderung in denselben; am Ende hören sie plözlich auf.

3) Die Schwingungen der Schalen auf einem Platindrahte sind sehr langsam, und fangen nicht eher an, als bis das Blei erstarrt ist, und hören selbst dann schnell auf. Steht dieß etwa mit der geringen Wärmeleitungsfähigkeit des Platins im Zusammenhange?

4) Das Erstarren der geschmolzenen Metalle in den Schalen, und die Krystallisation derselben während der Schwingungen zeigen mehrere sonderbare Erscheinungen, die besonders am Wismuth, am Blei und am Zinn auffallend sind. Den bisherigen Beobachtungen nach scheint die Krystallisation nämlich deutlicher zu werden, wenn sie während der Schwingungen erfolgt, als sie sich sonst bei gleichen Metallmassen beurkundet, wenn sich dieselben nicht schwingen.“

„Diese Beobachtungen, so wie jene Ihres Bruders, scheinen diese Phänomene mit den Geheimnissen der Cohäsion in Zusammenhang zu bringen; ich glaube übrigens, daß die Theorie, welche Ihr Bruder von denselben gab, die wahre seyn dürfte. Ich wünsche, daß er oder irgend jemand anderer dieselben wiederholen möchte; ich habe sie so oft angestellt, daß ich ganz überzeugt bin, daß Niemand in dem Erfolge derselben getäuscht werden wird. Ich habe oben zu bemerken vergessen, daß sich die Schalen auch schwingen, wenn man sie über einer Gasflamme erhizt; die Resultate sind aber auffallender, |351| der, wenn man etwas geschmolzenes Metall aus einem Schöpflöffel in die Schalen gießt. Man kann auch heißes Queksilber in die Schalen gießen, doch sind dessen Dämpfe lästig und gefährlich.“

Ich bemerke schließlich nur, daß Hr. Prof. Forbes an der Universität zu Edinburgh im Laufe dieses Frühjahres vor der Royal Society zu Edinburgh eine sehr gelehrte Abhandlung über die Schwingungen der Metalle vortrug, und daß derselbe auch Tabellen vorlegte, in welchen der Unterschied der Metalle in Hinsicht auf Leitungsfähigkeit für Hize und Elektricität angegeben war, und aus denen man auch die Schwingungen derselben ersah. Auffallend war an diesen Tabellen, daß die Metalle in allen 3 Columnen so ziemlich in gleicher Ordnung auf einander folgten. – In der Literary Gazette vom 17. Mai 1831 ist endlich erwähnt, daß Hr. Faraday einen Versuch vorzeigte, bei welchem sich eine gebogene Silberplatte schwang und Töne von sich gab, wenn man sie auf kaltes Eisen legte. Er soll hiebei bemerkt haben, daß diese Erscheinung den Silberarbeitern schon längst bekannt ist.

Erklärung der Figuren.

Fig. 36 zeigt den Bleiblok, auf dessen abgerundete Oberfläche der Stab gelegt wird, damit man die Schwingungen deutlicher sieht. Dieser Blok wird auf eine flache Messingplatte gelegt, die auf drei kleinen flachen Knöpfen oder Füßen ruht.

Fig. 37 ist der Ring, auf welchen der Stab gelegt wird, wenn man die Töne hervorbringen will; es ist jedoch besser, wenn man in diesem Ringe einen ungleichen Ausschnitt anbringt, auf welchen der Stab dann zu liegen kommen soll.

Fig. 38 stellt den Rüken des Stabes vor, woran man die Kante oder den Grat ersieht, auf den er zu liegen kommt, wenn man ihn auf den Bleiblok bringt.

Fig. 39 zeigt den Stab von Oben; man ersieht hieraus, daß derselbe in der Mitte ausgehöhlt ist, damit die Schwere auf die beiden Seiten kommt.

Fig. 40 ist der Stab mit den Kugeln an beiden Enden, welcher Stab quer über den sich schwingenden Stab gelegt wird, damit er sich durch einen größeren Bogen bewege.

Fig. 41 zeigt, auf welche Weise die Stäbe gelegt werden müssen, wenn sie sowohl die senkrechte, als die seitliche Bewegung kund geben sollen.

Fig. 42 zeigt die Lage des Stabes, wenn die Töne hervorgebracht werden sollen.

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Anhang.

Wir fügen hier als Anhang zu dem interessanten Aufsaze des Hrn. Trevelyan noch folgenden Auszug aus der oben erwähnten Abhandlung bei, die Hr. Forbes am 1. April 1833 vor der Royal Society zu Edinburgh über diesen Gegenstand vortrug, und beziehen uns in Hinsicht auf die Richtigkeit dieses Auszuges auf das Edinburgh New Philosophical Journal, Januar 1834, No. 183, aus welchem wir denselben entlehnen.

Hr. Forbes begann seine Untersuchungen unmittelbar, nachdem Hr. Trevelyan seine Entdekung bekannt gemacht hatte, und gab denselben eine sehr große Ausdehnung, weil ihm die einzige triftige Erklärung, die bisher von den fraglichen Erscheinungen gegeben wurde, und nach welcher dieselben den auf einander folgenden Ausdehnungen des kalten Metalles, wenn es mit dem heißen Metalle in Berührung kommt, zugeschrieben werden, durchaus nicht genügte. Er erläuterte in seiner Abhandlung zuerst die Phänomene des Schalles oder des Tones, die er mit Faraday lediglich der Zahl der Schwingungen, welche innerhalb einer bestimmten Zeit Statt finden, zuschreibt. Diese Annahme scheint durch die Erfahrung und durch die Beobachtungen vollkommen bestätiget und erwiesen. Die Note des Tones hängt von der Geschwindigkeit der Schwingungen ab, von denen man 700 bis 800 in einer Secunde beobachtete, und deren Zahl oft noch weit größer seyn muß. Er geht hierauf auf die Erscheinungen der Schwingung über, die er sowohl von Seite der verschiedenen Natur verschiedener Metalle, als von Seite der Form oder Gestalt der Massen und von Seite ihrer Temperatur erläutert und betrachtet. Die Ordnung, in welcher die Metalle als schwingende Körper auf einander folgen, ist folgende, wobei angenommen ist, daß das kalte Metall in der Liste immer weiter unten stehen muß, als das heiße, und daß die Kraft oder Intensität der Schwingung im Allgemeinen mit der Entfernung der beiden Metalle in der Liste von einander im Verhältnisse steht: Silber, Kupfer, Gold, Zink, Messing, Platin, Eisen, Zinn, Blei, Spießglanz, Wismuth. Der Spießglanz und das Wismuth befinden sich am Schlusse dieser Liste, weil unter den bisher erprobten Umständen kein einziges Metall in Berührung mit diesen beiden Metallen Schwingungen hervorzubringen im Stande ist; sie sind auch die einzigen von allen bisher der Untersuchung unterworfenen Metallen, die sich nicht schwingen, wenn man sie in erhiztem Zustande auf kaltes Blei legt.

Aus den zahlreichen Versuchen, welche Hr. Forbes in seiner Abhandlung ausführlich angibt, zieht der Verfasser folgende Schlüsse, |353| welche, wie er glaubt, an und für sich immer richtig seyn dürften, welches Loos auch die Hypothese haben mag, die man allenfalls darauf zu bauen gesonnen ist. 1) So weit die Beobachtungen bis jezt reichen, lassen sich zwischen Substanzen von einer und derselben Natur niemals Schwingungen hervorbringen. 2) Beide Substanzen müssen metallischer Natur seyn. 3) Die Intensität der Schwingungen steht, bis auf gewisse Glänzen, mit dem Unterschiede im Verhältnisse, der zwischen der Fähigkeit der Metalle Wärme oder Elektricität zu leiten Statt findet, wonach jenes Metall, welches die geringste Wärmeleitungsfähigkeit besizt, nothwendig auch das kälteste ist. 4) Die Zeit der Berührung zweier Punkte der Metalle, zwischen denen die Schwingungen Statt finden, muß länger seyn, als jene der intermediären Theile. 5) Der Impuls wird bei jeder Berührung des Stabes mit dem Bloke durch einen verschiedenen und abgegränzten Proceß hervorgebracht, und in keinem Falle ist die Verbindung dieser Punkte wesentlich. 6) Die Intensität der Schwingung steht (bis auf gewisse Ausnahmen) mit dem Unterschiede zwischen der Temperatur der beiden Metalle im Verhältnisse.

Aus diesen Daten sucht nun der Verfasser darzulegen, daß die Hypothese der Ausdehnung unhaltbar ist; er erläutert zu diesem Behufe den Proceß der Wärmemittheilung genau, und beweist, daß derselbe zu einigen Schlüssen führen muß, die mit den Versuchen geradezu im Widerspruche stehen, und daß besonders, was die Wärmeleitungsfähigkeit betrifft, sowohl das heiße, als das kalte Metall dieselbe im höchsten Grade besizen muß. Der Verfasser wurde durch die auffallende Analogie der bedeutenden Repulsivkraft der Elektricität beim Uebergange von einem guten Wärmeleiter in einen schlechten zu dem Schlusse gebracht, daß die Hize eine ähnliche Eigenschaft besize, indem dieselbe einen repulsiven Charakter zu haben scheint, der sich im Allgemeinen durch eine Neigung zur Verbreitung und zur Herstellung des Gleichgewichtes beurkundet. Er meint, daß, während einige sehr zarte, in Frankreich angestellte Versuche Andeutungen von der Kraft gaben, welche von der zwischen zwei an einander gränzenden Massen gleichmäßig verbreiteten Wärme ausgeübt wird, die Wirksamkeit in diesem Falle durch die Anhäufung der Repulsivkraft in den lezten Theilen des guten Wärmeleiters hervorgebracht wird, indem die Strömung durch den Widerstand, den sie auf ihrem Durchgange von Seite des schlechteren Wärmeleiters erfährt, plözlich unterbrochen wird. Die zerstörende Wirkung der Elektricität, welche deren Repulsivkraft andeutet, äußert sich nie im Zustande des Gleichgewichtes, sondern nur bei der Anhäufung der einzelnen Repulsivkräfte, welche bei ihrem Uebergange von einem guten an einen schlechten |354| Wärmeleiter, oder während ihres Durchganges durch lezteren Statt findet.

Ein Theil dieser Abhandlung wurde am 27. Junius 1833 vor der physikalischen Section der lezten Versammlung der British Association zu Cambridge vorgetragen. A. d. D.

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Die Töne der Memnonssäule und jene an dem Berge Carnac, so wie auch jene, die die Maschinen und Feuerröste von sich geben, wurden bereits von Sir John Herschel auf dieselbe Weise erklärt, ohne daß derselbe mit den neuen Phänomenen der Metallschwingungen bekannt war, nach unserer Meinung stehen sogar diese neu beobachteten Erscheinungen in keinem wesentlichen Zusammenhange mit diesen Tönen, wie dieß Hr. Trevelyan behauptet. Die Töne der Granitfelsen am Orinoco schreibt Herschel den tönenden Schwingungen der Luft zu, welche durch kleine Oeffnungen dringt. Das Singen eines Theekessels und die in den Branntweinbrennereien hörbaren Töne rühren aber von einer ganz anderen Ursache her, die mit der schnellen Verdichtung des Dampfes in Zusammenhang steht, und die also sowohl von allen eben berührten Ursachen, als von den Schwingungen der erhizten Metalle gänzlich verschieden ist. Anm. des Philos. Mag. Wir haben dieser Anmerkung, der auch wir beistimmen, nur noch beizufügen, daß die berüchtigten Töne der Memnonssäule in Aegypten den neuesten Forschungen des Hrn. Wilkinson gemäß nichts weiter als eine gemeine Betrügerei der ägyptischen Priester gewesen seyn sollen. Vergl. Polyt. Journ. Bd. LI. S. 73. A. d. R.

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