從昂熱橋慘案說(shuō)起

18世紀(jì)中葉，法國(guó)昂熱市附近有一座102米長(zhǎng)的橋梁，一隊(duì)士兵正步行過(guò)這座橋時(shí)突然發(fā)生橋梁斷裂，226人掉入河中殞命。1906年的一天，俄國(guó)彼得堡封塔克河的一座橋上，一隊(duì)騎兵以整齊的步伐到達(dá)橋心時(shí)，橋突然裂成數(shù)段墜入河中。這樣的故事，別的地方也發(fā)生過(guò)。當(dāng)時(shí)人們進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)橋所受的載荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有超過(guò)許可的范圍，坍毀前也沒(méi)有任何損壞的地方，這在當(dāng)時(shí)是個(gè)不解之謎。

隨著科學(xué)的發(fā)展，人們才弄清：這種破壞事故是“共振”造成的。如果用鉗子夾住鋼鋸條的一端，另一端用手彈一下，它就要來(lái)回振動(dòng)。盡管振動(dòng)幅度越來(lái)越小，但每秒鐘振動(dòng)次數(shù)總是不變的。這個(gè)振動(dòng)次數(shù)叫物體的固有頻率。任何物體都有自己的固有頻率。譬如近處有一個(gè)振源，它的頻率接近于這個(gè)物體的固有頻率，該物體在外界振源影響下會(huì)振動(dòng)得越來(lái)越激烈，這種現(xiàn)象就叫做共振。

大隊(duì)人馬邁著整齊的步伐過(guò)橋，如果步伐正好與橋的固有頻率一致，橋的振動(dòng)就會(huì)加劇，振幅也逐漸加大，直到超過(guò)了橋的抵抗力時(shí)，就產(chǎn)生斷裂。現(xiàn)在，世界各國(guó)都有一條不成文的規(guī)定：大隊(duì)人馬必須便步過(guò)橋。在現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸中也要考慮共振的影響。因?yàn)榛疖囓囕喿矒糗壍酪l(fā)生有節(jié)奏的強(qiáng)烈振動(dòng)，如果這個(gè)振動(dòng)頻率與車輪彈簧的固有頻率相接近時(shí)，乘客就要大受“顛簸之苦”了；如果這個(gè)頻率和所經(jīng)過(guò)的橋梁固有頻率相接近，同樣會(huì)造成橋斷車覆的后果。

1890年，一艘外國(guó)遠(yuǎn)洋巨輪，在大海中攔腰折斷而慘遭覆滅。經(jīng)分析，船的發(fā)動(dòng)機(jī)和主軸中心沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)，在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生了周期性的慣性離心力，它的周期性與船體的固有頻率相接近，產(chǎn)生了強(qiáng)烈振動(dòng)以致使船體破壞。在現(xiàn)代航天、航空、航海和機(jī)器制造中，都必需考慮到共振的破壞作用。共振在工程上有破壞作用，但只要掌握了它的規(guī)律也能讓它為人們服務(wù)。

在建筑工地上，人們常能見(jiàn)到振動(dòng)搗固機(jī)，有了它，混凝土制件就更結(jié)實(shí)。振動(dòng)式壓路機(jī)能迅速地把路面壓平。在礦山里，利用快速振動(dòng)的風(fēng)鎬開(kāi)鑿巖石、挖煤炭，其他如振動(dòng)式粉碎機(jī)、振動(dòng)炭沙機(jī)等無(wú)不是利用共振現(xiàn)象來(lái)制造的。