共振現象是什麼?為什麼它的殺傷力這麼大?
很多人對共振威力的初印象都來源於一個歷史故事。在拿破崙軍隊入侵西班牙時,一支法國小分隊踢著整齊的正步,經過一座鐵鏈懸橋,沒想到悲劇就發生在下一秒,大橋忽然倒塌,致使多人死亡。
後人猜測,這次事故發生的主要原因很有可能就是共振,那麼問題來了,共振到底是什麼?為什麼它的威力這麼大?
首先可以通過一個小實驗來直觀的感受共振,把兩個易拉罐放在桌面上,然後在上面平放一塊泡沫板,接著把五個相同的節拍器放在上面,他們出使的擺動各不相同,但是隨著時間的流逝,節奏和擺動幅度幾乎達到了完全一致的水準,這個神奇的現象背後就是共振。
一個物體或者一個系統,在沒有外力影響的情況下,會傾向於某個頻率的震動,這個頻率就是固有頻率。當兩種物體的固有頻率相同或者相近時,它們的振動幅度就會疊加,即產生增幅作用,以聲波擊碎玻璃杯的實驗為例,由於聲音的頻率恰好與玻璃杯的固有頻率重合,就會迫使玻璃杯劇烈震動,最終破碎。
這當中能量累積的過程,就像我們小時候玩的盪鞦韆,每次當回來到達最高點時,父母輕輕推你一下,雖然力氣不大,但是累積幾個周期就可以讓鞦韆盪得很高。
由此可見,共振的威力不容小覷,說到這裡就不得不提上世紀40年代發生的塔科馬大橋事故。
1940年11月7號,這座懸索橋遇到了一場風速為19米每秒的風,雖然風力不大,但是橋身卻發生了劇烈的晃動,振幅接近九米,橋面的傾斜程度更是高達45度,遠遠的看上去就像一根抖動的麵條。
在堅持了幾個小時後,最終大橋還是墜落到了峽谷里。後來,經過專家分析,這起事故的主要誘因就是卡門渦街和共振。即流體在經過障礙物時,會形成兩列渦旋,他們會對物體施加垂直於流動方向的交變側向力,致使橋身震動。
當卡門渦街的發放頻率與大橋的固有頻率接近時,就會形成共振或使橋體大幅度擺動,最終導致了大橋的坍塌。今年5月5號發生的虎門大橋異常抖動事件與之非常相似。
雖然說共振的危害確實很大,但是它也被巧妙地利用在生活中的方方面面。神奇的地震儀,彈奏的弦樂器,收聽的電台節目,使用的微波爐,絢麗的激光束,宇宙的電磁波等等都離不開共振原理的出色表現。
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