共振的應(yīng)用與防止

任何物體產(chǎn)生振動(dòng)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(kāi)始的振動(dòng)，漸漸會(huì)固定在某一頻率上振動(dòng)，這個(gè)頻率叫該物體的固有頻率。當(dāng)人們從外界再給這個(gè)物體加上一個(gè)振動(dòng)(稱(chēng)為策動(dòng))時(shí)，如果策動(dòng)力的頻率與該物體的固有頻率正好相同，物體振動(dòng)的振幅達(dá)到最大，這種現(xiàn)象叫共振。物體產(chǎn)生共振時(shí)，由于它能從外界的策動(dòng)源處取得最多的能量，往往會(huì)產(chǎn)生一些意想不到的結(jié)果。

共振的危害及防止

190多年前，拿破侖率領(lǐng)法國(guó)軍隊(duì)橫掃歐洲，不可一世。當(dāng)法軍鐵蹄越過(guò)西班牙邊境而長(zhǎng)驅(qū)直入時(shí)，部隊(duì)要行軍經(jīng)過(guò)昂熱市一座102米長(zhǎng)的鐵鏈懸橋。隨著軍官雄壯的口號(hào)，隊(duì)伍跨著整齊的步伐浩浩蕩蕩地開(kāi)向?qū)Π?。只?tīng)轟隆一聲巨響，大橋坍塌，士兵、軍官們還來(lái)不及退去便紛紛墜入河水里，造成226人喪生。

橋梁突然斷裂，究其原因是共振造成的。因?yàn)榇箨?duì)士兵踏步踏的頻率正好與大橋的固有頻率一致，使橋的振動(dòng)加強(qiáng)，當(dāng)它的振幅達(dá)到最大以至超過(guò)橋梁的抗壓力時(shí)，橋就斷了。類(lèi)似的事件還發(fā)生在俄國(guó)和美國(guó)等地。鑒于成隊(duì)士兵踏步踏過(guò)橋時(shí)容易造成橋的共振，所以后來(lái)各國(guó)都規(guī)定大隊(duì)人馬過(guò)橋，要便步通過(guò)。

唐朝開(kāi)元年間，洛陽(yáng)有個(gè)和尚，他的房間內(nèi)掛著一口磬，常敲磬解煩。有一天，和尚沒(méi)有敲磬，磬卻自動(dòng)響起來(lái)了。這使他大為驚奇，終于驚擾成疾。他的一位好朋友曹紹夔是宮廷的樂(lè)令，精通音律(即通曉聲學(xué)理論)，聞?dòng)嵡皝?lái)探望和尚。經(jīng)過(guò)一番觀察，他發(fā)現(xiàn)每當(dāng)寺院里的鐘響起來(lái)時(shí)，和尚房里的磬也跟著響了。于是曹紹夔拿出刀來(lái)把磬磨去幾處，從此以后就不再自鳴了。他告訴和尚，這磬的音律(即固有頻率)和寺院鐘的音律一致，敲鐘時(shí)由于共振，磬也就響了。將磬磨去幾處就是改變它的音律，這樣就不會(huì)引起共鳴。和尚恍然大悟，病也隨之痊愈了。

登山運(yùn)動(dòng)員登山時(shí)嚴(yán)禁大聲喊叫。因?yàn)楹敖新曋心骋活l率若正好與山上積雪的固有頻率相吻合，就會(huì)因共振引起雪崩，其后果十分嚴(yán)重。

人體是一個(gè)彈性體，各器官都有它的固有頻率，當(dāng)外來(lái)振動(dòng)的頻率與人體某器官的固有頻率一致時(shí)，會(huì)引起共振，因而對(duì)那個(gè)器官的影響也最大。人體固有的振動(dòng)頻率經(jīng)科學(xué)研究，人腦是8～12Hz，內(nèi)臟器官為4～18Hz。在外來(lái)振動(dòng)的不斷激發(fā)下，人腦和內(nèi)臟器官的振動(dòng)頻率與外來(lái)振動(dòng)頻率相近或相同，吸收外來(lái)振動(dòng)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(qiáng)度大，就能使人的心臟及其內(nèi)臟劇烈抖動(dòng)、狂跳，以致血管破裂，使人死亡。

在日常生活中，人們常受到外界振動(dòng)的影響，如車(chē)船的顛簸、機(jī)械的振動(dòng)和噪音的影響等，當(dāng)這些恰好在人體固有的振動(dòng)頻率范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)火的影響就比較大，使你暈車(chē)、暈船，甚至頭痛、嘔吐。因此，跟振動(dòng)源十分接近的操作人員，如拖拉機(jī)駕駛員、電鋸等操作工，在工作時(shí)應(yīng)盡量避免這些振動(dòng)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(mén)已做出相應(yīng)規(guī)定，要求用手工操作的各類(lèi)振動(dòng)機(jī)械的頻率必須大于20Hz。

共振的危害就在于，它并不需要強(qiáng)大的破壞力，而是能自動(dòng)進(jìn)行能量的積累，“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(dòng)系統(tǒng)和可能的策動(dòng)力頻率之間的差距，使受迫振動(dòng)被限制在極小振幅的范圍內(nèi)。

共振的利用

小時(shí)候喜歡玩“蕩秋千”，有的人掌握了蕩秋千的技巧，僅靠自己用力便能將秋千越蕩越高。當(dāng)玩者的策動(dòng)力頻率與秋千自由振動(dòng)的固有頻率相同時(shí)，秋千的擺角會(huì)越來(lái)越大，這是共振在蕩秋千上的應(yīng)用。

在建筑工地上，我們經(jīng)?？梢钥吹剑ㄖと嗽跐补嗷炷恋膲Ρ诨虻匕鍟r(shí)，為了提高質(zhì)量，總是一邊灌混凝土，一邊用電振泵進(jìn)行振動(dòng)，使混凝土之間因振動(dòng)的作用而變得更緊密、更結(jié)實(shí)。像粉碎機(jī)、測(cè)振儀、電振泵等，這些都是利用共振原理工作的。

當(dāng)今高度的物質(zhì)文明，使家用電器進(jìn)入了千家萬(wàn)戶，微波爐也開(kāi)始在許多家庭使用，為什么微波爐在加熱食品時(shí)食品內(nèi)外能同時(shí)升溫?原來(lái)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(chǎng)，它經(jīng)波導(dǎo)傳送出去，再經(jīng)風(fēng)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(dòng)頻率跟微波的電磁場(chǎng)頻率相同或相近，大量分子就在食物中原來(lái)位置的附近劇烈振動(dòng)而摩擦出大量的熱，使食物內(nèi)外介質(zhì)的溫度同時(shí)升高，食物很快被烤熟。這是共振在家用電器中的應(yīng)用。

2000年，中國(guó)深圳博愛(ài)醫(yī)院率先開(kāi)展了一種全新的減肥方式——體外超聲共振吸脂法，并獲得了巨大的成功。體外超聲共振吸脂術(shù)是指采用共振原理，在電腦模糊程序控制下，產(chǎn)生和脂肪細(xì)胞固有頻率相同的共振波，這種共振波選擇性地破碎脂肪細(xì)胞，使其呈液態(tài)，而不與皮膚、血管及神經(jīng)組織發(fā)生共振，因而不損傷這些組織。與其他吸脂術(shù)相比，共振吸脂在有效保護(hù)神經(jīng)及血管的同時(shí)，利用負(fù)壓吸除皮下已經(jīng)液化的脂肪細(xì)胞，安全、快捷和有效的改善體型，達(dá)到健美的目的。

炎熱的午間，蟬兒發(fā)出的“知了、知了”聲；寧?kù)o的夜晚，蟋蟀發(fā)出的“嘰一嘶”聲：還有不知疲倦的大肚子蟈蟈的鳴叫聲，盡管這些昆蟲(chóng)的聲調(diào)大不相同，但其中的共同之處都是借助了共振的原理，靠摩擦身體的某一部位與空氣產(chǎn)生共鳴而發(fā)聲。

共振還能充當(dāng)?shù)厍蛏锏谋Ｗo(hù)神。我們知道，紫外線是太陽(yáng)發(fā)出的一種射線，如果它們大舉入侵地球，人類(lèi)及各種生物勢(shì)必遭受極大的危害，過(guò)量的紫外線會(huì)使生物的機(jī)能遭到嚴(yán)重的破壞。不過(guò)，不用擔(dān)心，我們有大氣層中的臭氧層，是它們借助于共振的威力，阻止了紫外線的長(zhǎng)驅(qū)直入。當(dāng)紫外線經(jīng)過(guò)大氣層時(shí)，臭氧層的振動(dòng)頻率恰恰能與紫外線產(chǎn)生共振，而吸收了大部分的紫外線。所以，共振能使大氣中的臭氧層變得如防曬油一樣，保證我們不至于被射線傷害。

另外，共振還能使地球維持在適當(dāng)?shù)臏囟?，給地球生命創(chuàng)造出一個(gè)冷熱適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。因?yàn)榈厍虬l(fā)出的紅外線，又恰好能和二氧化碳產(chǎn)生共振，然后被“挽留”在大氣層中，使大氣層保持一定的溫度，讓萬(wàn)物在溫暖和煦的環(huán)境中孕育成長(zhǎng)。

俗話說(shuō)，萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)，其實(shí)也可以這么說(shuō)：萬(wàn)物生長(zhǎng)靠共振。因?yàn)槲覀兯熘闹参锏墓夂献饔?，是葉綠素與某些可見(jiàn)光的共振，吸收陽(yáng)光后，從而產(chǎn)生氧氣與養(yǎng)分。沒(méi)有共振，植物便不能生長(zhǎng)，人類(lèi)和許多動(dòng)物也就失去了食物的來(lái)源。所以說(shuō)，沒(méi)有共振。地球上的生命便不能長(zhǎng)期生存。

總之，在需要利用共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于振動(dòng)物體的固有頻率，在需要防止共振時(shí)，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率跟振動(dòng)物體的固有頻率不同，而且相差越大越好。