共振现象在生活中非常常见。1940年,美国华盛顿州的塔科马海峡吊桥在风力的作用下上下剧烈晃动,最后轰然倒塌。桥边的摄影爱好者拍下了如此令人毛骨悚然的一幕。
风力作用看上去并没有达到摧枯拉朽的程度,那为什么还能让大桥倒塌呢?背后的物理现象就是共振。今天让机构老师带大家一起,通过30秒的时间迅速学习了解一下,什么是共振现象。
01什么是共振Resonance
共振,是指一个物体的振动,会带动另一个物体的振动。大部分物体收到一个冲击作用后,往往会有一个自己来回振动的频率,这个频率就叫做自振频率。
例如我们把一个不倒翁稍微偏移一下,然后不倒翁就会以某个周期来回振动。而如果我们一直用手扶着不倒翁让他来回动,这时候手施加作用力的频率就叫做驱动频率。驱动频率越接近于自振频率,产生的驱动效果就会越强,相同的能量输入下,振动的幅度就会越大。
02生活中的共振现象Resonance
例如,当你敲击一个空水杯时,它会开始振动。如果你继续敲击,水杯就会产生声音。这个声音是由水杯的振动引起的。水杯不断振动,带动杯中空气也一直不断共振,最终就形成了较为稳定的声音。这就是共振现象的一个例子。
理论上,如果被带动的物体不存在任何有粘性的成分,当驱动频率等于物体的振动频率时,物体的振幅就会趋向于无穷大。有一种说法是军队过桥时必须走碎步,就是为了防止整齐的步伐产生共振,从而导致桥梁垮塌。
不过,从塔科马大桥出事之后,工程师们逐渐研究清楚了共振现象。现在的桥梁设计之中,一般都会在桥梁中设置足够的阻尼器,从而吸收外界振动传递过来的能量。
共振现象是高中物理的重要知识点之一,不过更偏向于概念理解,计算的内容仅限于简单的驻波计算。