谈谈共振的应用及其危害

谈谈共振的应用及其危害
摘要：本文就日常生活中共振的现象进行了分析与探讨，探究其存在的物理本质，进而深入研究了共振的形成条件、现象、应用及其危害。

引言：在现实生活中，我们经常能够看到或者听见玻璃窗在载重车驶过时抖动；风吹高压电线发出尖啸声；美妙动人的歌声从人们歌喉里飘出；钢琴、小提琴等乐器演奏出绝妙的音响效果；树木在大风的吹过后轰然倒下等等。

那么，为什么会有这么奇妙的事情发生呢？共振真的有那么大的魔力吗？共振带来的都是好事吗？
共振概述：任何物体产生振动后，由于其本身的构成、大小、形状等物理特性，原先以多种频率开始的振动，渐渐会固定在某一频率上振动，这个频率叫做该物体的"固有频率"。

当人们从外界再给这个物体加上一个振动（称为驱动）时，如果驱动力的频率与该物体的固有频率正好相同，物体振动的振幅达到最大，这种现象叫做"共振"。

从能量角度来看，在共振过程中，驱动力始终对物体做正功，所以物体能从外界的驱动源处取得最多的能量，往往会产生一些意想不到的效果。

共振的应用：
1.声音的共鸣：共振在声学中亦称“共鸣”，它指的是物体因共振而发声的现象，如两个频率相同的音叉靠近，其中一个振动发声时，另一个也会发声。

早在战国初期，当时的人就发明了各种各样的共鸣器，用来侦探敌情。

《墨子·备穴》记载了其中的几种：在城墙根下每隔一定距离挖一深坑，坑里埋置一只容量有七八十升的陶瓮，瓮口蒙上皮革，这样，实际上就做成了一个共鸣器。

让听觉聪敏的人伏在这个共鸣器上听动静，遇有敌人挖地道攻城的响声，不仅可以发觉，而且根据各瓮瓮声的响度差可以识别来敌的方向和远近。

另一种方法是：在同一个深坑里埋设两只蒙上皮革的瓮，两瓮分开一定距离，根据这两瓮的响度差来判别敌人所在的方向。

我国古时还发明出了另一种更加轻巧、简便、实用的共鸣器。

如唐代的军队中就有一种用皮革制成的叫做“空胡鹿”的随军枕，让听觉灵敏和睡觉警醒的战士在宿营时使用，“凡人马行在三十里外，东西南北皆响闻”。

当声音通过地面传播到空穴时，在空穴处产生交混回响，于是就能知道敌人的多寡远近。

2．核磁共振成像：在电学中，振荡电路的共振现象称为“谐振”。

核磁共振成像是利用电子计算机对人体断面进行图像分析诊断的检查方法，它不用X线，而是磁场，其基本原理是人体所含氢原子在强磁场下给予特定的高波后会发生共振现象，产生一种高波数的电磁波。

核磁共振正是利用这个性质,采用电子计算机对磁场的变化收集处理并图形化。

核磁共振成像可以显示脂肪、全身脏器、肌肉、快速流动的血液、骨骼和空气等。

对脏器内部结构也能清楚显示。

医生可以很好的识别病人体内的肿瘤、炎症、坏死病灶、异常物质沉着、功能阻碍、血液循环阻碍等病变。

对于神经系统、胸部、腹部及四肢各种疾病的诊断提供了很大的帮助。

3．其他方面：粉碎机，测振仪，电振泵等，也都是利用共振现象进行工作的。

建筑工人在造房子的时候，不论是浇灌混凝土的墙壁或地板，为了提高质量，总是一面灌混凝土，一面用振荡器进行震荡，使混凝土由于振荡更紧密、结实。

大街上车辆的喧闹声，机器的隆隆声——这些连绵不断的噪声不仅影响人们正常生活，还会损害人的听力。

有一种共振性的消声器，是由开有许多小孔的孔板和空腔所构成。

当传来的噪声频率与共振器的固有频率相同时，就会跟小孔内空气柱产生剧烈共振。

这样，声音能在共振时转变为热能，使相当一部分噪声被“吞吃”掉。

共振的危害：
1.桥梁的坍塌
18世纪中叶，一队士兵在指挥官的口令下，迈着威武雄壮、整齐划一的步伐，通过法国昂热市一座大桥，快走到桥中间时，桥梁突然发生强烈的颤动并且最终断裂坍塌，造成许多官兵和市民落入水中丧生。

后经调查，造成这次惨剧的罪魁祸首，正是共振！因为大队士兵齐步走时，产生的一种频率正好与大桥的固有频率一致，使桥的振动加强，当它的振幅达到最大限度直至超过桥梁的抗压力时，桥就断裂了。

对于桥梁来说，那些看似无物的风儿同样也能对之造成威胁。

1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥因大风引起的共振而塌毁，尽管当时的风速还不到设计风速限值的1/3，可是因为这座大桥的实际的抗共振强度没有过关，所以导致事故的发生。

2.地震：
给人类带来重大伤亡和财产损失的地震，其中亦有共振的“幢幢魔影”：当地壳里的某一板块发生断裂时，产生的波动频率传到地面上，与建筑物产生强烈的共振，于是，就造成了屋毁人亡的惨剧。

地震所产生的地震波能使其它地方的岩浆通道受到共振影响而诱发新一轮地震，从而形成不同震源的地震联动。

共振的作用还可以形成不同震源的地震联动从而使受地震影响的区域更宽广，增加了地震预测的难度。

3.次声波
次声波是一种每秒钟振动很少、我们耳朵听不到的声波。

次声波的声波频率很低，一般均在20兆赫以下，波长却很长，不易衰弱。

次声波的这种神奇的功能也引起了军事专家的高度重视，一些国家利用次声波的性质进行次声波武器的研制，目前已研制出次声波枪和次声波炸弹。

不论是次声波枪还是次声波炸弹，都是利用频率为16—17赫兹的次声波，与人体内的某些器官发生共振，使受振者的器官发生变形、位移或出血，从而达到杀伤敌方的目的。

现代科学研究已经证明，大量发射的频率为16—17赫兹的次声波会引起人体无法忍受的颤抖，从而产生视觉障碍、定向力障碍、恶心等症状，甚至还会出现可导致死亡的内脏损坏或破裂。

这种次声波武器可以说是人类运用共振来危害人类自己的一种技术上的极致。

4.其他方面的危害
每年肆虐于沿海各地的热带风暴，也是借助于共振为虎作伥，才会使得房屋和农作物饱受摧残。

近几十年来，美国及欧洲等国家和地区还发生了许多起高楼因大风造成的共振而剧烈摇摆的事件。

也是由于共振的力量，巨大的冰川能被“温柔”的海洋波涛给拍裂开。

甚至于美国阿拉斯加李杜牙湾经常出现的高达上百米的巨浪，也是由于共振在其中发挥了很大的“推波助澜”的作用。

因为共振在这个海湾“作威作福”实在是太厉害了，所以许多航海人对这个海湾都是“敬”而远之。

实际上，共振的危害程度和范围还无远远不止于此。

持续发出的某种频率的声音会使玻璃杯破碎。

机器的运转可以因共振而损坏机座。

高山上的一声大喊，可引起山顶的积雪的共振，顷刻之间造成一场大雪崩。

行驶着的汽车，如果轮转周期正好与弹簧的固有节奏同步，所产生的共振就能导致汽车失去控制，从而造成车毁人亡……
结论：世界上的每一事物都没有绝对的好与坏之分，有利必有弊。

共振给我们带来了很多的便利，但是，其还是给我们带来沉重的打击。

因此，我们既要将共振充分运用到各个科学领域，还要防止共振现象给生活、工作、环境带来危害。