共振的運用及危害

1、共振的運用及其危害一：什么是共振任何物體產(chǎn)生振動后，由于其本身的構(gòu)成、大小、形狀等物理特性，原先以多種頻率開始的振動，漸漸會固定在某一頻率上振動，這個頻率叫該物體的固有頻率。當人們從外界再給這個物體加上一個振動 （稱為驅(qū)動）時，這時物體的振動頻率等于驅(qū)動力的頻率，而與物 體的固有頻率無關(guān)，這時稱為強迫振動。但如果驅(qū)動力的頻率與該物體的固有頻率正好相同， 物體振動的振幅達到最大，這種現(xiàn)象叫共振。物體的振幅與驅(qū)動力的關(guān)系圖如下fo物體的振幅與驅(qū)動力頻率關(guān)系圖）因此我們可以知道，驅(qū)動力的頻率與固有頻率一樣，從而產(chǎn)生了共振現(xiàn)象，可能導(dǎo)致 巨大危害，在我們生活的方方面面共振影響也十分巨大。二：共振的危害

2、人們對自然規(guī)律的認識經(jīng)歷了漫長的過程，有時還會付出非常沉重的代價。下面幾個例子時關(guān)于振動危害的。1831年，一隊騎兵隊列通過英國曼徹斯特附近的一座吊橋。他們雄赳赳、氣昂昂，“嗒、嗒”的馬蹄聲節(jié)奏分明有力。突然，不幸的事情發(fā)生了，隨著一聲巨響，大橋莫名其妙地倒 塌了，人與馬紛紛墜入河中，導(dǎo)致死傷慘重。過了半個多世紀，1906年，俄國首都彼得格勒有一支全副武裝地沙皇軍隊，步伐整齊地通過愛記華特大橋。突然間橋身劇烈振動起來，然后伴隨著一聲巨響，大橋斷裂崩塌了，士兵、布匹等貴重物品紛紛落水，當時的情景狼狽不堪。兩件事發(fā)生的方式大同小異，人們對此覺得特別震驚，并隨即對此進行了調(diào)查。通過當時一大批頂尖物理

3、學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)，在沒有敵人破壞，又不是橋的質(zhì)量問題時，肇事者正是這些受害者自己。由于他們齊步前進， 整齊的步伐產(chǎn)生的周期頻率碰巧接近橋的固有頻率，激起了大橋的共振，結(jié)果造成了橋斷人亡的大事故人們對自然規(guī)律的認識經(jīng)歷了漫長的過程，有時還會付出非常沉重的代價。下面幾個例子時關(guān)于振動危害的。1831年，一隊騎兵隊列通過英國曼徹斯特附近的一座吊橋。他們雄赳赳、氣昂昂，“嗒、嗒”的馬蹄聲節(jié)奏分明有力。突然，不幸的事情發(fā)生了，隨著一聲巨響，大橋莫名其妙地倒 塌了，人與馬紛紛墜入河中，導(dǎo)致死傷慘重。過了半個多世紀，1906年，俄國首都彼得格勒有一支全副武裝地沙皇軍隊，步伐整齊 地通過愛記華特大橋。突然間橋身

4、劇烈振動起來，然后伴隨著一聲巨響，大橋斷裂崩塌了， 士兵、布匹等貴重物品紛紛落水，當時的情景狼狽不堪。 兩件事發(fā)生的方式大同小異，人們對此覺得特別震驚，并隨即對此進行了調(diào)查。通過當時一大批頂尖物理學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)，在沒有敵人破壞，又不是橋的質(zhì)量問題時，肇事者正是這些受害者自己。由于他們齊步前進， 整齊的步伐產(chǎn)生的周期頻率碰巧接近橋的固有頻率，激起了大橋的共振，結(jié)果造成了橋斷人亡的大事故從共振的特點來分析，它并不需要強大的破壞力，而是能自動進行能量的積累，如果 不適當?shù)乩盟蛘弑苊馑舱竦奈：σ彩呛芸膳碌摹?開頭曼徹斯特的慘劇就是一個鮮明的例子。在我們的日常生活中，無處不在的共振現(xiàn)象也經(jīng)常帶來

5、煩惱。人體是一個彈性體，各器官都有它的固有頻率， 當外來振動的頻率與人體某器官的固有 頻率一致時，會引起共振，因而對那個器官的影響也最大。人體固有的振動頻率經(jīng)科學(xué)研究，人腦是812Hz，內(nèi)臟器官為418Hz。在外來振動的不斷激發(fā)下，人腦和內(nèi)臟器官的振 動頻率與外來振動頻率相近或相同，吸收外來振動的能量而共振，輕者能使人產(chǎn)生頭暈、煩躁、耳鳴、惡心，如果強度大，就能使人的心臟及其內(nèi)臟劇烈抖動、狂跳，以致血管破裂， 使人死亡。登山運動員登山時嚴禁大聲喊叫。因為喊叫聲中某一頻率若正好與山上積雪的固有頻率 相吻合，就會因共振引起雪崩，其后果十分嚴重。對人危害程度尤為厲害的是次聲波所產(chǎn)生的共振。次聲波是一

6、種每秒鐘振動很少、我們耳朵聽不到的聲波，自然界的很多現(xiàn)象都能產(chǎn)生次聲波。目前已研制出次聲波槍和次聲波炸彈。它們利用頻率為 16赫茲左右的次聲波，與人體內(nèi)的某些器官發(fā)生共振，使受振者的器 官發(fā)生變形、位移或出血。千里之堤，潰于蟻穴”，最終的結(jié)果是可怕的。要避免共振的災(zāi)害作用，就必須盡量增 大振動系統(tǒng)和可能的策動力頻率之間的差距，使受迫振動被限制在極小振幅的范圍內(nèi)。比如，跟振動源十分接近的操作人員，如拖拉機駕駛員、電鋸等操作工，在工作時應(yīng)盡量避免這些振動源的頻率與人體有關(guān)部位的固有頻率產(chǎn)生共振。為了保障工人的安全與健康，有關(guān)部門已做出相應(yīng)規(guī)定，要求用手工操作的各類振動機械的頻率必須大于20Hz。三

7、：共振的運用共振現(xiàn)象也可以說是一種宇宙間最普遍和最頻繁的自然現(xiàn)象之一，所以在某種程度上 甚至可以這么說，是共振產(chǎn)生了宇宙和世間萬物，沒有共振就沒有世界。 從宇宙大爆炸到微觀世界的“共振體”，從人類說話交談到蟲鳴鳥吟，都是共振的魔力。還有一些研究表明， 宇宙中的紫外線射向地球時，是臭氧層的振動頻率與紫外線產(chǎn)生共振，從而吸收了大部分的紫外線，保護了地球；葉綠素與某些可見光共振才能吸收陽光，產(chǎn)生光合作用；甚至連色彩的產(chǎn)生也是因為各色光線與物體的共振所賜。在日常的生產(chǎn)生活中，共振也是我們的好幫手，人類利用共振現(xiàn)象的能量特征，發(fā)明 了不少實用的東西?！肮舱窈Y”是利用共振現(xiàn)象最典型的例子之一。它是把篩子用

8、四個彈簧支撐起來，并 在篩子上裝上偏心輪， 偏心輪在皮帶的帶動下轉(zhuǎn)動，是篩子受到周期驅(qū)動力的作用，做受迫振動。調(diào)整偏心輪的轉(zhuǎn)速， 可使驅(qū)動力的頻率接近篩子的固有頻率，篩子發(fā)生共振，獲得較大振幅，提高篩子的效率。其如下圖所示：“垂直輸送器”是一種螺旋形的機械， 也是裝上偏心輪，使得系統(tǒng)既有軸向振動又有上 下振動，可以把工具或零件從底部送到頂部，其特點是節(jié)省空間。見下圖：ffl-在建筑工地上，我們經(jīng)?？梢钥吹?建筑工人在澆灌混凝土的墻壁或地板時，為了提高質(zhì)量，總是一邊灌混凝土， 一邊用電振泵進行振動， 使混凝土之間因振動的作用而變得更 緊密、更結(jié)實。像粉碎機、測振儀、電振泵等，這些都是利用共振原理

9、工作的。現(xiàn)在許多家庭使用微波爐來加熱食品，但為什么微波爐在加熱食品時食品內(nèi)外能同時升溫呢？原來微波爐中的磁控管產(chǎn)生915MHz或2450MHz的微波，即一種超高頻率交變電磁場，它經(jīng)波導(dǎo)傳送出去， 再經(jīng)風扇攪拌器把它反射到爐腔各處，食物是吸收微波的一種介質(zhì)，而且食物分子的振動頻率跟微波的電磁場頻率相同或相近，大量分子就在食物中原來位置的附近劇烈振動而摩擦出大量的熱，使食物內(nèi)外介質(zhì)的溫度同時升高，食物很快被烤熟。 這是共振在家用電器中的應(yīng)用?？傊舱窦夹g(shù)普遍應(yīng)用于機械、化學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)及分子、原子物理學(xué)、 工程技術(shù)等幾乎所有的科技領(lǐng)域。正像每一們科學(xué)而言， 它總有它的存在價值， 共振也是這樣的，只要我們避免有害的振 動現(xiàn)象，