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祸福兼具的共振

时间:2022-02-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:事后调查表明,桥本身相当坚固,军队的总重量也不会把桥压垮。原来是共振造成的。一般来说,当外力的振动节拍和物体本身的固有频率的节拍相同或相近时,物体就会产生强烈的振动,叫做共振。上面谈到的那支沙俄军队,就是由于队伍行进的步伐十分整齐,频率正好等于桥的固有频率,和桥产生共振,导致大桥断裂。登山运动员禁止高声说话,避免由于空气的振动引起雪层共振而发生雪崩。

祸福兼具的共振

1906年的一天,一支沙俄的军队迈着整齐的步伐,通过彼得堡封塔河上的爱纪毕特桥,突然桥身断裂,造成桥毁人亡的悲剧。事后调查表明,桥本身相当坚固,军队的总重量也不会把桥压垮。那么,大桥究竟是如何断裂的呢?原来是共振造成的。

先做一个小实验,AB为一根绷紧的细线,上面悬挂着a、b、c三个单摆。摆c悬线与a长度一样,所以a、c自由振动时的固有频率相同。现在推动c摆锤让它振动起来,在c的影响下,a、b摆锤也都振动起来,振动的频率都与c摆的频率相同。但a摆的振幅远比b大,这是由于a摆与c摆的固有频率相同,a摆与c摆的“合拍”使振幅增加,也就是说a与c之间发生了共振。一般来说,当外力的振动节拍和物体本身的固有频率的节拍相同或相近时,物体就会产生强烈的振动,叫做共振。上面谈到的那支沙俄军队,就是由于队伍行进的步伐十分整齐,频率正好等于桥的固有频率,和桥产生共振,导致大桥断裂。

为了避免发生破坏性的共振,世界各国都有一条不成文的规定:大队人马要便步过桥。建造铁路桥梁时,绝对不能让桥梁的固有频率与车轮撞击接轨处的振动频率相近。制造火车车厢时,也要使车厢下弹簧的固有频率远离车轮撞击接轨处的振动频率,以防车厢共振,使乘客免受颠簸之苦。登山运动员禁止高声说话,避免由于空气的振动引起雪层共振而发生雪崩。

尽管共振像幽灵一样带来灾难,但在更多的场合却是我们的朋友。人的耳朵之所以能“听音”,全在于人耳中有精巧绝伦的共振系统;地震仪是利用机械共振制成的。在近代科学技术中,共振既是探索宇宙的威力巨大的武器,又是打开物质微观世界大门的金钥匙。

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