我们一起学科学之奇妙的共振

我们一起学科学     发布时间:2020/8/12 12:15:14     访问量:

19世纪初,一队拿破仑士兵在指挥官的口令下,迈着威武雄壮、整齐划一的步伐,通过法国昂热市一座大桥。快走到桥中间时,桥梁突然发生强烈的颤动并且最终断裂坍塌,造成许多官兵和市民落入水中丧生。后经调查,造成这次惨剧的罪魁祸首,正是共振!

那么,什么是共振呢?共振是指两个振动频率相同的物体,当一个发生振动时,引起另一个物体振动的现象。共振在声学中亦称"共鸣",它指的是物体因共振而发声的现象,比如两个频率相同的音叉靠近,其中一个振动发声时,另一个也会发声。

(频率相同的音叉互相靠近发声)

现在让我们再回到上面的断桥事件,不难发现,当拿破仑士兵以整齐步伐经过大桥时,产生的一种频率正好与大桥的固有频率一致,使桥的振动加强,当它的振幅达到最大限度直至超过桥梁的抗压力时,桥就断裂了。

生活中,那些看似无物的风儿同样也能造成巨大的危害。1940年,美国全长860米的塔柯姆大桥因大风引起的共振而塌毁。尽管当时的风速还不到设计风速限值的1/3,这是因为这座大桥的实际抗共振强度没有过关,所以导致事故的发生。每年肆虐于沿海各地的热带风暴,也是借助于共振为虎作伥,才会使得房屋和农作物饱受摧残。声音是如何影响物体的振动呢?下面的共振环将直观展示不同频率的声音与金属环振动之间的关系。


(静止状态下的共振环)

不同频率的声音引起不同大小的金属环振动

尽管共振在许多方面给人类带来了困扰,但它却也与人类的生活息息相关。人除了呼吸、心跳、血液循环等都有其固有频率外,人的大脑进行思维活动时产生的脑电波也会发生共振现象。类似的共振现象在其它动物身上也同样普遍地存在着,不知疲倦的知了声,悠长深远的蟋蟀声,圆润婉转的鸟叫声等等,都是依靠摩擦身体的某一部位与空气产生共鸣而发声。可以说,如果没有共振,世界将会失去多少天籁、大地将会变得多么死寂!

时至今日,随着科学技术的进步,人们早已不再谈“共振”色变,对于共振的危害,人们早已有了自己的解决办法。比如人们常常利用海绵泡沫等物体来减少共振产生的噪音,又如电动机要安装在水泥浇注的地基上,与大地牢牢相连,以防止基础的振动。

而如果能充分利用共振,更是人类生活的一大福祉。20世纪以来,微波技术得到长足的发展,微波技术正是一种把共振运用得非常精妙的技术,广泛应用在电视、广播和通讯等方面,而微波炉的发明,更是将微波技术直观展示于公共视野中,微波炉正是利用食物中水分子的振动频率与微波大致相同,通过共振从而使食物温度迅速升高。

在医学中,共振也发挥着日益显赫的作用。核磁共振正是基于共振而产生的医学仪器。它是利用一种生物磁自旋成像技术,核磁共振成像的“核”指的是氢原子核,因为人体的约70%是由水组成的,利用人体中的遍布全身的氢原子在外加的强磁场内受到射频脉冲的激发,产生核磁共振现象,经过数据处理转换,最后将人体各组织的形态形成图像,以作诊断。

共振与人类的生活息息相关,或好或坏,它都无处不在,学会克服共振危害,利用共振技术,才是人类发展的长足之道,现在,让我们跟着科学老师的步伐一起,感受共振的魅力吧!

科学实验一:硬币不听话,是人为还是共振引起?


(供稿:宁罗贞)

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