关于振动的基础知识之：共振

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共振 (resonance) 是物理学上的一个运用频率非常高的专业术语，是指一物理系统在特定频率下，比其他频率以更大的振幅做振动的情形，这些特定频率称之为共振频率。在共振频率下，很小的周期振动便可产生很大的振动，因为系统储存了动能。当阻力很小时，共振频率大约与系统自然频率或称固有频率相等，后者是自由振荡时的频率。

自然中有许多地方有共振的现象，如：乐器的音响共振、太阳系一些类木行星的卫星之间的轨道共振、动物耳中基底膜的共振，电路的共振等，人类也在其技术中利用或者试图避免共振现象。

听不懂，看不懂，别急，和你粗俗的说：

大桥的惨祸

据说，一百六十多年前，不可一世的拿破仑率领法国军队入侵西班牙时，部队行军经过一座铁链悬桥，随着军队雄壮的口令，队伍跨着整齐的步伐逐渐接近对岸，正在这时，轰隆一声巨响，大桥塌毁了，士兵、军官纷纷落水。

几十年后，圣彼得堡卡坦卡河上发生了同样惨剧，从此世界上的军队过河时都不能齐步走，必须改为碎布通过，这个就是物理里面的共振现象。

原理：众所周知，一个系统受到外界作用时如果作用与系统的固有振动合拍，就会使之产生大幅度的振动，这叫做共振。士兵列队整步通过桥梁，若步伐与桥梁振动合拍甚至可能造成毁桥事故，所谓合拍就是频率相等或相近，这也是共振现象。共振就是利用合拍来有效积蓄能量，使微弱的作用产生显著的效果。上述例子所说的就是士兵们的脚步振动互相合拍，加强了振幅导致的。

你可能听过这个故事，但接下来的故事，张开嘴巴惊叹吧！

耸人听闻的次声武器

1978年8月14日，匈牙利科学家多尔卡斯在日内瓦裁军会议的报告中再次提醒人们，次声波有可能成为一种可拍的杀人武器。这个问题从六十年代起就已经引起科学家的注意了，为什么次声波有这么大的影响呢？

原理：次声武器的原理是次声波与人体内脏间的共振作用。人耳是听不到次声的，但是大功率的次声对人体的器宫不只是听觉器宫能产生严重影响。自然界中，火山爆发、地震、台风和海浪等，都能激发次声。人为的原因中，如核爆炸、火炮以及飞机的发动机等，也能产生可观的次声。

次声的重要特点是它在传播过程中衰减很小，或者说它不客易被障得物反射或吸收。这是因为次声波的波长达到几百米甚至几万米，而波在传播的路途中，遇到尺度比波长小很多的障碍物时，是很容易绕过去的。一门大炮产生的可听声波最多几十公里外就听不到了，而它产生的次声波可以在百公里外收到。

纽约的一个观测人员，曾用仪器收听到一千多公里以外的卡纳维拉角阿波罗飞船发射时产生的次声。地震或核爆引起的次声波甚至能绕地球传播两、三圈，建筑物、装甲车、潜水艇都不能挡住次声波。次声波几乎是无孔不入的，更不用说人的身体了。有些科学家认为，一旦次声成为武器，上述这些看来很坚固的防御物中的人员将无一幸免地遭受次声波的袭击。

听了这么多不好的共振影响，现在让我们看个共振好的作用吧！

地震检测仪

我们知道现在有检测地震的仪器，不过你了解吗？其实在古代，一名叫张衡的科学家已经发明出来了地震仪，但是现在的你了解或者知道一点点吗?

图 (a) 地震仪方框图；(b) 水平摆；(c) 竖直摆

地震时，震源处由子岩层断裂、火山爆发或者地层塌陷，产生一个强烈的振动。这个振动中有许多不同频率的简谐振动成分。震动传到弹簧片，让弹簧片产生受迫振动，如果交流电的频率和弹簧频率相同便产生共振，振幅变大。频率的范围是0.001-10000Hz。这些振动将沿着弹性地壳传播，地震波传到地震仪的基座时，推动拾量器的做强迫振动。地震测量台站配备有若干共振频率不同的地震仪，可以测到地震波中各个频率成分的强度，这些数据为科学家提供有关震源情况和地売构造等许多重要信息。

来源：杨老师的趣味物理演示课堂微信号，作者：陈清波。