共振的危害和應用

陸中興

古希臘的學者阿基米德曾豪情萬丈地宣稱：給我一個支點，我能撬動地球。而現代的美國發明家特斯拉更是“牛氣”，他說：用一件共振器，我就能把地球一裂為二!

他來到華爾街，爬上一座尚未竣工的鋼骨結構樓房，從大衣口袋里掏出一件小物品，把它夾在其中一根鋼梁上，然后按動上面的一個小鈕。數分鐘后，可以感覺到這根鋼梁在顫抖。慢慢地，顫抖的強度開始增加，延伸到整座樓房。最后，整個鋼骨結構開始吱吱嘎嘎地發出響聲，并且搖擺晃動起來。驚恐萬狀的鋼架工人以為建筑出現了問題，甚至是鬧地震了，于是紛紛慌忙地從高架上逃到地面。眼見事情越鬧越大，他覺得這個惡作劇該收場了，于是，把那件小物品收了回來，然后從一個地下通道悄悄地溜開了，留下工地上的那些驚魂未定、莫名其妙的工人。

上面這一段是一本書中有關美國著名發明家特斯拉進行共振器發明的描寫，里面所說的“小物品”便是一個共振器。可以預見，若是他把這個小物品再開上那么十來分鐘，這座建筑物準會轟然倒地。這件共振器的威力主要在于它能發出各種頻率的波，這些不同頻率的波作用于不同的物體，就能夠相應地產生出一種共振波，當這種共振波達到一定程度時，就能使物體被摧毀。

共振是物理學上的一個運用頻率非常高的專業術語。共振的定義是驅動力的頻率接近物體的固有頻率時，受迫振動的振幅增大的現象。

說到共振的危害時，人們最為熟知和引用得最多的，便是下面這個例子：1831年，一隊騎兵通過曼徹斯特附近的一座便橋時，由于馬蹄運動節奏比較一致，使橋發生共振而斷裂。對于橋梁來說，不光是大隊人馬厚重整齊的腳步能使之斷裂，那些看似無物的風兒同樣也能對之造成威脅。

實際上，共振的危害程度和范圍還遠遠不止于此。持續發出的某種頻率的聲音會使玻璃杯破碎。機器的運轉可以因共振而損壞機座。高山上的一聲大喊，可引起山頂的積雪的共振，頃刻之間造成一場大雪崩。行駛著的汽車，如果輪轉周期正好與彈簧的固有節奏同步，所產生的共振就能導致汽車失去控制，從而造成車毀人亡……

人們在生活和生產中會接觸到各種振動源，這些振動都可能會對人體產生危害。由科學測試知道人體各部位有不同的固有頻率，如眼球的固有頻率最大約為60赫茲，顱骨的固有頻率最大約為200赫茲等。把人體作為一個整體來看，如水平方向的固有頻率為3～6赫茲，豎直方向的固有頻率約為48赫茲。因此，跟振動源十分接近的操作人員，如拖拉機駕駛員，風鎬、風鏟、電鋸的操作工，在工作時應盡量避免這些振動源的頻率與人體有關部位的固有頻率產生共振。

中國人對于共振的運用，還可以追溯到很久遠的年代。早在戰國初期，當時的人就發明了各種各樣的共鳴器，用來偵探敵情。到了現代，隨著科技的發展和對共振研究的更加深入，共振在我們的社會和生活中“震蕩”得更為頻繁和緊密了。

弦樂器中的共鳴箱、無線電中的電諧振等，就是使系統固有頻率與驅動力的頻率相同，發生共振。我們在建筑工地經常可以看到，建筑工人在澆灌混凝土的墻壁或地板時，為了提高質量，總是一面灌混凝土，一面用振蕩器進行振蕩，使混凝土之間由于振蕩的作用而變得更緊密、更結實。此外，粉碎機、測振儀、電振泵、測速儀等，也都是利用共振現象進行工作的。

人的一生中，離不開音樂的“沐浴”和“滋潤”，而優美曼妙的音樂里也無不蘊藏著共振的“精靈”。專家研究認為，音樂的頻率、節奏和有規律的聲波振動，是一種物理能量，而適度的物理能量會引起人體組織細胞發生和諧共振現象，這種聲波引起的共振現象，會直接影響人們的腦電波、心率、呼吸節奏等，使細胞體產生輕度共振，使人有一種舒適、安逸感，音律的變化使人的身體有一種充實、流暢的感覺。它活化了體內的細胞，加快了血液的流動，激活了人的物理層次的生命潛能。所以，人們已經開始運用音樂產生的共振，來緩解人們由于各種因素造成的緊張、焦慮、憂郁等不良心理狀態，而且還能用于治療人的一些心理和生理上的疾病。

總而言之，共振不僅是一種客觀存在，它也是有待于進一步開拓的科技領域。共振技術普遍應用于機械、化學、力學、電磁學、光學及分子、原子物理學、工程技術等幾乎所有的科技領域。如音響設備中揚聲器紙盆的振動，各種弦樂器中音腔在共鳴箱中的振動等利用了“力學共振”；電磁波的接收和發射利用了“電磁共振”；激光的產生利用了“光學共振”；醫療技術中則有已經非常普及的“核磁共振”等。在21世紀開始的正在蓬勃發展的信息技術、基因科學、納米材料、航天高科學技術大發展的浪潮中，更是大量運用到共振技術。而且隨著科學的發展，可以預見，共振將會對我們這個社會產生更加巨大的“震蕩”。

(責任編輯任林茂)