共振現象及其應用,MW0R00SiteQE2014/02/25,目錄,共振的危害,唐朝洛陽有個和尚喜歡彈撥樂器磬.奇怪的是，靜靜的磬經常自鳴自響，無緣無故地發出嗡嗡的聲音.磬無故而鳴，使和尚大為驚奇，漸漸由驚而疑，由疑而怯，以為是妖孽作怪，結果憂慮成疾，病倒在床.一天，和尚向前來探望他的朋友訴說了內心的憂慮.正在說話時，寺院里的鐘聲響了，說來奇怪，磬也發出了嗡嗡的響聲.和尚的朋友明白了原由，悄悄用鋼銼在磬上銼了幾處.從此之后，磬再也不會無故發聲了.和尚以為妖怪已被趕走，心事頓消，病也不治而愈.,和尚的心病,共振的現象,共振的現象,磬為什么會不敲自鳴呢？這是共振引起的一種現象.當一物體的振動頻率與另一物體的固有頻率一致時，前者的振動能引發后者的振動.磬的頻率偶然地和鐘的頻率一樣，因此每當鐘響時,磬也因共振而發出嗡嗡之聲.,磬自鳴原因,共振概念,共振現象是指一個物理系統在其自然的振動頻率下趨于從周圍環境吸收更多能量的趨勢。共振在聲學中亦稱“共鳴”，在電學中，振蕩電路的共振現象稱為“諧振”。一般來說一個系統（不管是力學的、聲響的還是電子的）有多個共振頻率，在這些頻率上振動比較容易，在其它頻率上振動比較困難。假如引起振動的頻率比較復雜的話（比如是一個沖擊或者是一個寬頻振動）一個系統一般會“挑出”其共振頻率隨此頻率振動，事實上一個系統會將其它頻率過濾掉。,共振的條件,系統在周期性外力(強迫力)作用下發生受迫振動.在受迫振動時，如果外力的頻率跟系統的固有振動頻率接近或相等時，受迫振動達極大值，這種現象叫做共振.,條件,分類,共振的條件,周期性的驅動力跟振動“合拍”時，每次驅動力都跟物體的速度方向一致，驅動力做的都是正功，故振幅越來越大，能量也越來越大.當驅動力不與振動“合拍”時，它做的一部分是負功，振動系統所得能量要少，引不起共振.,共振的條件,原因,物體的振幅與驅動力的關系圖如下：,共振的危害,共振的危害,Tacoma大橋倒塌時,美國Tacoma大橋倒塌前,每年肆虐于沿海各地的熱帶風暴，也是借助于共振為虎作倀，才會使得房屋和農作物飽受摧殘。因為風除了產生沿著風向的一個風向力外，還會對風區的構筑物產生一個橫力，而且風在表面的漩渦在一定條件下產生脫落，從而對構筑物產生一個震動。要是風的橫力產生的震動頻率和構筑物的固定頻率相同或者相近時，就會產生風荷載共振.,1940年，美國的全長860米的塔柯姆大橋因大風引起的共振而塌毀，盡管當時的風速還不到設計風速限值的1/3，可是因為這座大橋的實際的抗共振強度沒有過關，所以導致事故的發生。,橋梁倒塌,共振的危害,在冰山雪峰間，動物的吼叫聲引起空氣的振動,當頻率等于雪層中某一部分的固有振動頻率時,會發生共振,形成雪崩,因此,登山隊員嚴禁高聲說話.,雪崩,共振的危害,輪船在航行時，會受到周期性的波浪沖擊而左右搖擺.如果波浪沖擊力的頻率與輪船的固有頻率相同，就會發生共振，擺幅增大，甚至可以使船傾覆.這時可以改變船的航向和速度，使波浪沖擊的頻率遠離船的固有頻率.,翻船,機器損壞,機器在工作時由于零部件的運動，也會產生周期性的策動力，使機器因共振而受到順壞。為了避免共振，設計時要注意機器的轉速使機器的固有頻率不與策動力的頻率接近。機床運轉時，運動部分總會有某種不對稱性，從而對機床的其他部件施加周期性作用力引起這些部件的受迫振動，當這種作用力的頻率與機床的固有頻率接近或相等時，會發生共振，從而影響加工精度，加大機械鋼鐵的疲勞破壞，加大機械的損害力度。,共振的危害,共振的利用,樂器的共鳴箱,鋼琴提琴二胡等樂器的木制琴身,就是利用了共振現象使其成為一共鳴箱(盒),將優美悅耳的音樂發送出去,以提高音響效果.,共振的利用,電磁共振,共振的利用,電磁共振在生活與生產中都有很多的應用，特別是在無線電技術中.收音機的調諧裝置就是利用了電磁共振現象，以接受某一頻率的電臺廣播.電臺通過天線發射出短波/長波信號，收音機通過將天線頻率調至和電臺電波信號相同頻率來引起共振，將電臺信號放大，再經過過濾后傳至喇叭發聲。,在修建橋梁時需要把管柱插入江底作為基礎,如果使打樁機打擊管柱的頻率跟管柱的固有頻率一致,管柱就會發生共振而激烈振動,使周圍的泥沙松動,管柱就較容易克服泥沙的阻力,下插到江底.在建筑工地，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，一面用振蕩器進行震蕩，使混凝土之間由于振蕩的作用而變得更緊密、更結實。,共振法打樁,共振的利用,共振的利用,共振武器,國外正在研制一種武器,它不用子彈、炮彈,也不用激光,而是以聲波作“子彈”來殺傷敵人,這就是次聲武器.當次聲武器發出的次聲波頻率同人體肌肉、內臟器官的固有振蕩頻率吻合時,能引起肌肉及內臟器官的共振,使人的五臟六腑破裂,導致死亡.,共振的防止,基本方法：破壞外力的周期性改變物體的固有頻率改變外力的頻率增大系統的阻尼,共振的防止,汽車減振裝置,汽車減振裝置有三級濾波：最下面是由輪軸和輪胎組成的“彈簧-質量”系統；車身和底座彈簧構成第二級；乘客和座位彈簧構成第三級。當質量較大而彈簧的勁度系數相對來說比較小時，各級振動系統的固有頻率足夠低，就可以形成一個低通過濾器，把大部分有害的高頻振動濾掉。,共振的防止,隔音裝置,播音室對隔音要求很高，常用加厚地板、墻壁的辦法，使它的固有頻率和聲音的頻率相差很多，從而使聲音的振動不會引起墻壁和地板的共振.,共振的防止,增加固有頻率,電動機要安裝在水泥澆注的地基上，與大地牢牢相連，或要安裝在很重的底盤上，為的是改變基礎部分的固有頻率，以增大與電機的振動頻率(策動力頻率)之差來防止