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共振的幽灵

[字体: ] [ 中学生科技网 | 时间:2013-01-20 08:53 ]

      任何物体产生振动后,由于其本身的构成、大小、形状等物理特性,原先以多种频率开始的振动,渐渐会固定在某一频率上振动,这个频率叫做该物体的"固有频率",因为它与该物体的物理特性有关。当人们从外界再给这个物体加上一个振动(称为策动)时,如果策动力的频率与该物体的固有频率正好相同,物体振动的振幅达到最大,这种现象叫做"共振"。物体产生共振时,由于它能从外界的策动源处取得最多的能量,往往会产生一些意想不到的后果。
    18世纪中叶,法国昂热市一座102米长的大桥上有一队士兵经过。当他们在指挥官的口令下迈着整齐的步伐过桥时,桥梁突然断裂,造成226名官兵和行人丧生。究其原因是共振造成的。因为大队士兵迈正步走的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以至超过桥梁的抗压力时,桥就断了。类似的事件还发生在俄国和美国等地。鉴于成队士兵正步走过桥时容易造成桥的共振,所以后来各国都规定大队人马过桥,要便步通过。
    在我国的史籍中也有不少共振的记载。唐朝开元年间,洛阳有一个姓刘的和尚,他的房间内挂着一幅磬,常敲磬解烦。有一天,刘和尚没有敲磬,磬却自动响起来了。这使他大为惊奇,终于惊扰成疾。他的一位好朋友曹绍夔是宫廷的乐令,不但能弹一手好琵琶,而且精通音律(即通晓声学理论),闻讯前来探望刘和尚。经过一番观察,他发现每当寺院里的钟响起来时,和尚房里的磬也跟着响了。丁是曹绍夔拿出刀来把磬磨去几处,从此以后就不再自鸣了。他告诉刘和尚,这磬的音律(即现在所谓的固有频率)和寺院的钟的音律一致,敲钟时由于共振,磬也就响了。将磬磨去几处就是改变它的音律,这样就不会引起共鸣。和尚恍然大悟,病也随之痊愈了。
    登山运动员登山时严禁大声喊叫。因为喊叫声中某一频率若正好与山上积雪的固有频率相吻合,就会因共振引起雪崩,其后果十分严重。


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