物理學(xué)中有關(guān)共振的知識(shí)

1、 物理學(xué)中有關(guān)共振的知識(shí)物理學(xué)中有關(guān)共振的知識(shí)五五 共振的防止共振的防止四四 共振的利用共振的利用三三 共振的危害共振的危害二二 共振的條件共振的條件一一 共振的現(xiàn)象共振的現(xiàn)象 唐朝時(shí)，洛陽(yáng)有個(gè)和尚喜歡彈撥唐朝時(shí)，洛陽(yáng)有個(gè)和尚喜歡彈撥樂(lè)器，他的房間里放著一種樂(lè)器樂(lè)器，他的房間里放著一種樂(lè)器磬磬. .奇怪的是，靜靜的磬經(jīng)常自鳴自響，奇怪的是，靜靜的磬經(jīng)常自鳴自響，無(wú)緣無(wú)故地發(fā)出嗡嗡的聲音無(wú)緣無(wú)故地發(fā)出嗡嗡的聲音. . 和尚的心病和尚的心病一一 共振的現(xiàn)象共振的現(xiàn)象 磬無(wú)故而鳴，使和尚大為驚奇，磬無(wú)故而鳴，使和尚大為驚奇，漸漸由驚而疑，由疑而怯，一聽(tīng)到漸漸由驚而疑，由疑而怯，一聽(tīng)到磬發(fā)出聲音，就坐

2、臥不安，心驚肉磬發(fā)出聲音，就坐臥不安，心驚肉跳，以為是妖孽作怪，結(jié)果憂(yōu)慮成跳，以為是妖孽作怪，結(jié)果憂(yōu)慮成疾，病倒在床疾，病倒在床. . 一天，和尚向前來(lái)探望他的朋友一天，和尚向前來(lái)探望他的朋友訴說(shuō)了內(nèi)心的憂(yōu)慮訴說(shuō)了內(nèi)心的憂(yōu)慮. .正在說(shuō)話時(shí)，寺正在說(shuō)話時(shí)，寺院里的鐘聲響了，說(shuō)來(lái)奇怪，磬也發(fā)院里的鐘聲響了，說(shuō)來(lái)奇怪，磬也發(fā)出了嗡嗡的響聲出了嗡嗡的響聲. . 和尚的朋友明白了原由，悄悄和尚的朋友明白了原由，悄悄用鋼銼在磬上銼了幾處用鋼銼在磬上銼了幾處. . 從此之后，從此之后，磬再也不會(huì)無(wú)故發(fā)聲了磬再也不會(huì)無(wú)故發(fā)聲了. . 和尚以為和尚以為妖怪已被趕走，心事頓消，病也不妖怪已被趕走，心事頓消，病也

3、不治而愈治而愈. . 磬為什么會(huì)不敲自鳴呢？這是磬為什么會(huì)不敲自鳴呢？這是共振共振引起的一種現(xiàn)象引起的一種現(xiàn)象. . 當(dāng)一物體的振動(dòng)頻率當(dāng)一物體的振動(dòng)頻率與另一物體的固有頻率一致時(shí)，前者的與另一物體的固有頻率一致時(shí)，前者的振動(dòng)能引發(fā)后者的振動(dòng)振動(dòng)能引發(fā)后者的振動(dòng). . 磬的頻率偶然磬的頻率偶然地和鐘的頻率一樣，因此每當(dāng)鐘響時(shí)地和鐘的頻率一樣，因此每當(dāng)鐘響時(shí), ,磬也因共振而發(fā)出嗡嗡之聲磬也因共振而發(fā)出嗡嗡之聲. . 顯然，和尚的朋友深通物理知識(shí)，顯然，和尚的朋友深通物理知識(shí)，他不僅知道這是一種共振現(xiàn)象，而且知他不僅知道這是一種共振現(xiàn)象，而且知道如何消除這種現(xiàn)象道如何消除這種現(xiàn)象. .他巧妙地在

4、磬上銼他巧妙地在磬上銼了幾下，這就改變了磬的固有頻率，使了幾下，這就改變了磬的固有頻率，使磬與鐘的頻率不再一樣，也就引磬與鐘的頻率不再一樣，也就引不起共鳴了不起共鳴了. . 秋千是個(gè)擺，有它的固有頻率秋千是個(gè)擺，有它的固有頻率. .輕推輕推一下使秋千微微擺動(dòng)起來(lái)以后，只要按它一下使秋千微微擺動(dòng)起來(lái)以后，只要按它的固有頻率周期性地施加推力，每當(dāng)它往的固有頻率周期性地施加推力，每當(dāng)它往前擺時(shí)輕輕推它一下，盡管每次的推力都前擺時(shí)輕輕推它一下，盡管每次的推力都很小，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，秋千也會(huì)蕩得很高，很小，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，秋千也會(huì)蕩得很高，即發(fā)生了共振即發(fā)生了共振. . 蕩秋千蕩秋千 木馬的擺動(dòng)也是如木馬的

5、擺動(dòng)也是如此此. . 每當(dāng)它往下擺時(shí)輕每當(dāng)它往下擺時(shí)輕輕壓它一下，盡管每次輕壓它一下，盡管每次的壓力都很小，經(jīng)過(guò)一的壓力都很小，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，木馬也會(huì)擺得段時(shí)間，木馬也會(huì)擺得很高很高. . 騎木馬騎木馬 系統(tǒng)在周期性外力系統(tǒng)在周期性外力( (強(qiáng)迫力強(qiáng)迫力) )作用作用下發(fā)生受迫振動(dòng)下發(fā)生受迫振動(dòng). .在受迫振動(dòng)時(shí)，如果在受迫振動(dòng)時(shí)，如果外力的頻率跟系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率接外力的頻率跟系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率接近或相等近或相等時(shí)，受迫振動(dòng)達(dá)極大值，這時(shí)，受迫振動(dòng)達(dá)極大值，這種現(xiàn)象叫做共振種現(xiàn)象叫做共振. .二二 共振的條件共振的條件 條件條件A 振幅共振振幅共振無(wú)阻尼無(wú)阻尼小阻尼小阻尼大阻尼大阻尼A 0

6、受迫振動(dòng)位移受迫振動(dòng)位移振幅達(dá)極大值振幅達(dá)極大值. .條件條件： 分類(lèi)分類(lèi)0受迫振動(dòng)速度受迫振動(dòng)速度振幅達(dá)極大值振幅達(dá)極大值. .無(wú)阻尼無(wú)阻尼小阻尼小阻尼大阻尼大阻尼v 0 B 速度共振速度共振條件：條件：0 周期性的驅(qū)動(dòng)力跟振動(dòng)周期性的驅(qū)動(dòng)力跟振動(dòng)“合拍合拍”時(shí)，時(shí)，每次驅(qū)動(dòng)力都跟物體的速度方向一致，每次驅(qū)動(dòng)力都跟物體的速度方向一致，驅(qū)動(dòng)力做的都是正功，故振幅越來(lái)越大，驅(qū)動(dòng)力做的都是正功，故振幅越來(lái)越大，能量也越來(lái)越大能量也越來(lái)越大. .當(dāng)驅(qū)動(dòng)力不與振動(dòng)當(dāng)驅(qū)動(dòng)力不與振動(dòng)“合合拍拍”時(shí)，它做的一部分是負(fù)功，振動(dòng)系時(shí)，它做的一部分是負(fù)功，振動(dòng)系統(tǒng)所得能量要少，引不起共振統(tǒng)所得能量要少，引不起共振

7、. . 原因原因三三 共振的危害共振的危害橋梁橋梁倒塌倒塌雪雪 崩崩機(jī)器機(jī)器損壞損壞翻翻 船船共振危害共振危害案例案例 200 200年前，拿破侖率領(lǐng)法軍入侵西年前，拿破侖率領(lǐng)法軍入侵西班牙班牙. .有一天，法國(guó)一隊(duì)威武的士兵邁有一天，法國(guó)一隊(duì)威武的士兵邁著整齊的步伐通過(guò)一座鐵鏈懸橋著整齊的步伐通過(guò)一座鐵鏈懸橋. .沒(méi)想沒(méi)想到，行到橋中間時(shí)，突然驚天動(dòng)地一聲到，行到橋中間時(shí)，突然驚天動(dòng)地一聲巨響，鐵橋從中斷裂，掉落河中，士兵巨響，鐵橋從中斷裂，掉落河中，士兵們也紛紛墜入急流們也紛紛墜入急流. .橋梁倒塌橋梁倒塌 1906 1906年的一天，一隊(duì)俄國(guó)騎兵齊步年的一天，一隊(duì)俄國(guó)騎兵齊步通過(guò)彼得堡封

8、塔克河上的愛(ài)紀(jì)畢特橋，通過(guò)彼得堡封塔克河上的愛(ài)紀(jì)畢特橋，突然大橋斷裂突然大橋斷裂. .原來(lái)是士兵們整步走的原來(lái)是士兵們整步走的頻率與橋的頻率一致，引起了橋的共振頻率與橋的頻率一致，引起了橋的共振. .三三 共振的危害共振的危害 自從揭示了毀橋的原因后，各國(guó)自從揭示了毀橋的原因后，各國(guó)軍隊(duì)規(guī)定，過(guò)橋時(shí)不用整齊的步伐走，軍隊(duì)規(guī)定，過(guò)橋時(shí)不用整齊的步伐走，而用不整齊的碎步走，以避免共振的而用不整齊的碎步走，以避免共振的發(fā)生發(fā)生. . 在冰山雪峰間，動(dòng)物在冰山雪峰間，動(dòng)物的吼叫聲引起空氣的振動(dòng)的吼叫聲引起空氣的振動(dòng), ,當(dāng)頻率等于雪層中某一部當(dāng)頻率等于雪層中某一部分的固有振動(dòng)頻率時(shí)分的固有振動(dòng)頻率時(shí),

9、 ,會(huì)會(huì)發(fā)生共振發(fā)生共振, ,形成雪崩形成雪崩, ,因此因此, ,登山隊(duì)員嚴(yán)禁高聲說(shuō)話登山隊(duì)員嚴(yán)禁高聲說(shuō)話. .雪雪 崩崩翻翻 船船 輪船在航行輪船在航行時(shí)，會(huì)受到周期時(shí)，會(huì)受到周期性的波浪沖擊而性的波浪沖擊而左右搖擺左右搖擺. . 如果波浪沖如果波浪沖擊力的頻率與輪擊力的頻率與輪船的固有頻率相船的固有頻率相同，就會(huì)發(fā)生共同，就會(huì)發(fā)生共振，擺幅增大，振，擺幅增大，甚至可以使船傾甚至可以使船傾覆覆. . 這時(shí)可以這時(shí)可以改變船的航向改變船的航向和速度，使波和速度，使波浪沖擊的頻率浪沖擊的頻率遠(yuǎn)離船的固有遠(yuǎn)離船的固有頻率頻率. . 機(jī)器在工作時(shí)由于零部件的運(yùn)動(dòng)機(jī)器在工作時(shí)由于零部件的運(yùn)動(dòng)( (如活

10、塞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)如活塞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)),),也會(huì)產(chǎn)生周期性也會(huì)產(chǎn)生周期性的策動(dòng)力，使機(jī)器的策動(dòng)力，使機(jī)器因共振而受到損壞因共振而受到損壞. .機(jī)器損壞機(jī)器損壞 為了避免共振，設(shè)計(jì)時(shí)要注意機(jī)為了避免共振，設(shè)計(jì)時(shí)要注意機(jī)器的轉(zhuǎn)速，使機(jī)器的器的轉(zhuǎn)速，使機(jī)器的固有頻率不與策動(dòng)固有頻率不與策動(dòng)力的頻率接近力的頻率接近. . 在廠房、橋梁在廠房、橋梁等建筑物的設(shè)計(jì)時(shí)，等建筑物的設(shè)計(jì)時(shí)，也要考慮到共振的也要考慮到共振的因素而盡量設(shè)法避因素而盡量設(shè)法避免共振免共振. . 共振現(xiàn)象具有兩重性共振現(xiàn)象具有兩重性. .我們既要防我們既要防止共振給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)止共振給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)危害又要利用共振現(xiàn)象為人類(lèi)

11、造福危害又要利用共振現(xiàn)象為人類(lèi)造福. .四四 共振的利用共振的利用樂(lè)器的樂(lè)器的共共鳴箱鳴箱電磁電磁共振共振共振法共振法打樁打樁共振利用共振利用案例案例 共振武器共振武器四四 共振的利用共振的利用 鋼琴鋼琴 提琴提琴 二胡等二胡等樂(lè)器的木制琴身樂(lè)器的木制琴身, ,就是就是利用了共振現(xiàn)象使其成利用了共振現(xiàn)象使其成為一共鳴箱為一共鳴箱( (盒盒),),將優(yōu)將優(yōu)美悅耳的音樂(lè)發(fā)送出去美悅耳的音樂(lè)發(fā)送出去, ,以提高音響效果以提高音響效果. .樂(lè)器的共鳴箱樂(lè)器的共鳴箱四四 共振的利用共振的利用 電磁共振在生活與生產(chǎn)中都有很電磁共振在生活與生產(chǎn)中都有很多的應(yīng)用，特別是在無(wú)線電技術(shù)中多的應(yīng)用，特別是在無(wú)線電技

12、術(shù)中. . 收音機(jī)的調(diào)諧裝置就是利用了電收音機(jī)的調(diào)諧裝置就是利用了電磁共振現(xiàn)象，以接受某一磁共振現(xiàn)象，以接受某一頻率的電臺(tái)廣播頻率的電臺(tái)廣播. .電磁共振電磁共振四四 共振的利用共振的利用LC調(diào)諧電路調(diào)諧電路LC21諧振頻率諧振頻率四四 共振的利用共振的利用 在修建橋梁時(shí)需要把管柱插入江底作在修建橋梁時(shí)需要把管柱插入江底作為基礎(chǔ)為基礎(chǔ), ,如果使打樁機(jī)打擊管柱的頻率跟如果使打樁機(jī)打擊管柱的頻率跟管柱的固有頻率一致管柱的固有頻率一致, ,管柱就會(huì)發(fā)生共振管柱就會(huì)發(fā)生共振而激烈振動(dòng)而激烈振動(dòng), ,使周?chē)哪嗌乘蓜?dòng)使周?chē)哪嗌乘蓜?dòng), ,管柱就較管柱就較容易克服泥沙的阻力容易克服泥沙的阻力, ,下插到

13、江底下插到江底. . 共振法打樁共振法打樁四四 共振的利用共振的利用 國(guó)外正在研制一種武器國(guó)外正在研制一種武器, ,它不用它不用子彈、炮彈子彈、炮彈, ,也不用激光也不用激光, , 而是以聲而是以聲波作波作“子彈子彈”來(lái)殺傷敵人來(lái)殺傷敵人, ,這就是次這就是次聲武器聲武器. .共振武器共振武器四四 共振的利用共振的利用 當(dāng)次聲武器發(fā)出的次聲波頻率同當(dāng)次聲武器發(fā)出的次聲波頻率同人體肌肉、內(nèi)臟器官的固有振蕩頻率人體肌肉、內(nèi)臟器官的固有振蕩頻率吻合時(shí)吻合時(shí), ,能引起肌肉及內(nèi)臟器官的共能引起肌肉及內(nèi)臟器官的共振振, ,使人的五臟六腑破裂使人的五臟六腑破裂, ,導(dǎo)致死亡導(dǎo)致死亡. .四四 共振的利用共

14、振的利用 破壞外力的周期性破壞外力的周期性 改變物體的固有頻率改變物體的固有頻率 改變外力的頻率改變外力的頻率 增大系統(tǒng)的阻尼增大系統(tǒng)的阻尼基本方法基本方法: :五五 共振的防止共振的防止 在需要利用共振的時(shí)候，在需要利用共振的時(shí)候，應(yīng)該使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或應(yīng)該使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于振動(dòng)物體的固有頻率等于振動(dòng)物體的固有頻率. .在需要防止共振危害的時(shí)候，在需要防止共振危害的時(shí)候，要想辦法使驅(qū)動(dòng)力的頻率和要想辦法使驅(qū)動(dòng)力的頻率和固有頻率不相等，而且相差固有頻率不相等，而且相差的越多越好的越多越好. .五五 共振的防止共振的防止 例如，播音室對(duì)隔音要求很高，例如，播音室對(duì)隔音要求很高，常用加厚地

15、板、墻壁的辦法，使它的常用加厚地板、墻壁的辦法，使它的固有頻率和聲音的頻率相差很多，從固有頻率和聲音的頻率相差很多，從而使聲音的振動(dòng)不會(huì)引起墻壁和地板而使聲音的振動(dòng)不會(huì)引起墻壁和地板的共振的共振. .五五 共振的防止共振的防止 又如，電動(dòng)機(jī)要安裝在水泥澆注又如，電動(dòng)機(jī)要安裝在水泥澆注的地基上，與大地牢牢相連，或要安的地基上，與大地牢牢相連，或要安裝在很重的底盤(pán)上，為的是改變基礎(chǔ)裝在很重的底盤(pán)上，為的是改變基礎(chǔ)部分的固有頻率，以增大與電機(jī)的振部分的固有頻率，以增大與電機(jī)的振動(dòng)頻率動(dòng)頻率( (策動(dòng)力頻率策動(dòng)力頻率) )之差來(lái)防止基礎(chǔ)之差來(lái)防止基礎(chǔ)的振動(dòng)的振動(dòng). .五五 共振的防止共振的防止 還可以從控制策動(dòng)力的頻率大小來(lái)還可以從控制策動(dòng)力的頻率大小來(lái)防止共振防止共振. .如造電動(dòng)機(jī)、風(fēng)扇時(shí)，