奇妙的共振现象

奇妙的共振现象 “用一件共振器，我就能把地球一裂为二～” ——特士拉 约二百年前，不可一世的拿破仑率领法国军队入侵西班牙时，部队行军经过一座铁链悬桥时，随着军官雄壮的口令，队伍跨着整齐的步伐走向对岸。正在这时，轰隆一声巨响，大桥坍塌，士兵军官纷纷落水。 这是由于军队步伐的周期与桥的固有周期相近，发生共振所致。类似的事情还有发生。 1940年11月初的一天,一阵大风掠过美国华盛顿州的普热海峡。刚刚建成通车才4个月的塔科麦悬索大桥在一阵激烈的振动、摇摆之后，悬索纷纷断落，主桥坠毁于水中。 共振真有那么大的威力吗,那么什么是共振呢, 系统受外界激励，作强迫振动时，若外界激励的频率接近于系统频率时，强迫振动的振幅可能达到非常大的值，这种现象叫共振。 一、共振的物理原理 共振是受迫振动的一个特例。 受迫振动的位移振幅为: F A, (1) 22222m(,,,)，4, ,0 位移与驱动力的相位差为: ,,-2 ,,arctan (2) 22,,,0 无论选ω或ω作变量，位移和速度的振幅都有一个极大值。阻尼β愈小峰0 值愈尖锐。这种现象叫做共振。 在机械的振动系统里，往往系统的固 有频率ω是固定的，驱动力的频率ω可以0 调节;此外，机械振动系统中的位移是比 较容易观察并产生直接效果的。然而，在 振荡电路里，固有频率ω是可调的，驱动0 力是外来的讯号，其频率ω是给定的;此 外，电路中重要的变量是电流，它相当于 这里的速度。所以，在力学里应着重考察 位移随驱动频率ω的变化，而在电学里应 着重考察电流(速度)随固有频率ω的变0 化。 1、 位移共振 取导数dA,dω,0可求出位移共振频率 22,,,2, ,0 共振时位移振幅为 F ,A极大22,2m,,,0 2、速度共振 ,,速度共振频率为 ,0 速度振幅为 F ,,m 2m, 二、共振带来的悲剧 1、持续发出的某种频率的声音会使玻璃杯破碎; 2、机器的运转可以因共振而损坏机座; 3、高山上的一声大喊，可引起山顶积雪发生大雪崩; 4、拖拉机驾驶员，风镐、风铲、电锯的操作工人，他们与振动源非常接近，在工作时可能会出现人体有关部位的固有频率与振动源的频率产生共振。 由于共振具有危害性，所以我们要试图避免共振危害。而防止共振的最好办法是改变物体的固有频率，使之与外来作用力的频率差越大。 三、共振在生活中的应用 共振在生活中起着重要的作用:力学馆中的秋千;声学馆中的古琴;电学馆中的收音机和电子手表;光学馆中的日光灯。 四、共振——魔幻绘画师 共振还是一个善于使用色彩和色调的魔幻绘画师，把我们所看到的每一件物体都神奇地染上了颜色。如钠原子的振动产生所产生的是黄色的光。水银原子的振动发出蓝光。氖原子送出的振动到了你眼中，就成为了红色。红苹果把太阳光 中的蓝光和绿光的振动频率吸收了，因此我们红艳艳的、令人馋涎欲滴的红苹果。绿叶中的叶绿素分子的振动频率在太阳的红光及蓝光范围，所以共振把这两种颜色都“贪污”了，而只把绿的颜色反射入我们的眼里，因此树叶看上去便是生机盎然浓绿或嫩绿。我们的生活中有着如此美丽迷人的花红柳绿、斑斓烂漫，也无不是拜共振所赐。 五、共振在军事上的应用——次声武器 次声武器就是利用频率低于20Hz的次声波与人体发生共振，使共振的器官或部位发生位移和变形而造成人体损伤以至死亡的一种武器。由于人听不到、看不到、摸不着次声波，所以又有人把次声武器称之为“无声杀手” 次声波武器按照其发射的频率及作用于人体的部位不同，可分为两大类: 1、“神经型”次声波武器:其次声波的频率和人脑的固有频率极其相近，当作用于人体时，会刺激大脑，使之产生共振，在人的意识和心理上产生一定的影响，从而达到伤害作用. 2、“器官型”次声波武器:次声波频率和人体内脏器官的固有频率接近，当作用于人体时，人体的内脏器官便会产生强烈的共振，致使人员呼吸困难，肌肉痉挛，甚至使血管破裂，内脏遭受损伤。 参考文献:《力学》 《共振》 《物理原理与工程技术》 《普通物理学选论》 物理科学与技术学院 08级物理学01班 周婷婷 200810800036