共振现象是什么?为什么它的杀伤力这么大?
很多人对共振威力的初印象都来源于一个历史故事。在拿破仑军队入侵西班牙时,一支法国小分队踢着整齐的正步,经过一座铁链悬桥,没想到悲剧就发生在下一秒,大桥忽然倒塌,致使多人死亡。
后人猜测,这次事故发生的主要原因很有可能就是共振,那么问题来了,共振到底是什么?为什么它的威力这么大?
首先可以通过一个小实验来直观的感受共振,把两个易拉罐放在桌面上,然后在上面平放一块泡沫板,接着把五个相同的节拍器放在上面,他们出使的摆动各不相同,但是随着时间的流逝,节奏和摆动幅度几乎达到了完全一致的水准,这个神奇的现象背后就是共振。
一个物体或者一个系统,在没有外力影响的情况下,会倾向于某个频率的震动,这个频率就是固有频率。当两种物体的固有频率相同或者相近时,它们的振动幅度就会叠加,即产生增幅作用,以声波击碎玻璃杯的实验为例,由于声音的频率恰好与玻璃杯的固有频率重合,就会迫使玻璃杯剧烈震动,最终破碎。
这当中能量累积的过程,就像我们小时候玩的荡秋千,每次当回来到达最高点时,父母轻轻推你一下,虽然力气不大,但是累积几个周期就可以让秋千荡得很高。
由此可见,共振的威力不容小觑,说到这里就不得不提上世纪40年代发生的塔科马大桥事故。
1940年11月7号,这座悬索桥遇到了一场风速为19米每秒的风,虽然风力不大,但是桥身却发生了剧烈的晃动,振幅接近九米,桥面的倾斜程度更是高达45度,远远的看上去就像一根抖动的面条。
在坚持了几个小时后,最终大桥还是坠落到了峡谷里。后来,经过专家分析,这起事故的主要诱因就是卡门涡街和共振。即流体在经过障碍物时,会形成两列涡旋,他们会对物体施加垂直于流动方向的交变侧向力,致使桥身震动。
当卡门涡街的发放频率与大桥的固有频率接近时,就会形成共振或使桥体大幅度摆动,最终导致了大桥的坍塌。今年5月5号发生的虎门大桥异常抖动事件与之非常相似。
虽然说共振的危害确实很大,但是它也被巧妙地利用在生活中的方方面面。神奇的地震仪,弹奏的弦乐器,收听的电台节目,使用的微波炉,绚丽的激光束,宇宙的电磁波等等都离不开共振原理的出色表现。
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