提起共振,一個很有名的真實事件不得不說。
19世紀初,一隊 拿破侖士兵在指揮官的口令下,邁著威武雄壯、整齊劃一的步伐,通過法國昂熱市一座大橋。快走到橋中間時,橋梁突然發生強烈的顫動并且最終斷裂坍塌,造成許多官兵和市民落入水中喪生。(現在很少看到大部隊步行過橋了,要不然也可以觀察一下。)
因為士兵的齊步走產生的頻率剛好跟大橋的固有頻率一致,從而增強了橋的震動。當振幅達到橋的最大彎矩時,就會發生變形,然后斷裂。
什么是共振呢?
是指一物理系統在特定頻率下,比其他頻率以更大的振幅做振動的情形;這些特定頻率稱之為共振頻率。
現代的美國發明家特士拉“牛氣”的說:用一件共振器,我就能把地球一裂為二!可見共振的可怕之處。
所以工程當中,會用一些方法減小共振
1、隔絕振源——挖防震溝、加防震層(防震地基)、遠離震源...
2、改變自身固有頻率——遠離可能震源的頻率...
3、加裝抗震阻尼器——有的高層建筑已經采用,在最高層安裝阻尼器。
特別是橋梁,大家會經常見到橋梁上面限速。筆者認為限速有以下兩種原因:
1. 避免出現事故。因為高架橋為了符合力學結構,形狀都是向上微微拱起的,汽車經過高架橋可近似看成是做圓周運動,如果跑的太快,重力不足以提供向心力,就會出現離心現象,就是會飛起來。而且,速度過快,容易追尾。
2. 較小震動頻率,避免與橋發生共振。大家都知道,頻率過高或者過低,都會一起共振(洗衣機就是最好的實驗工具)。一般橋的固有頻率都比較高,就要用避開橋梁固有頻率段的低速了。
電影《嫌疑人x的獻身》開篇就講了一個完美的犯罪。里面說一位物理博士,在沒有接觸到對方,而將對方殺死,用的是定向聲波發生器。在高速上,將聲波發生器朝向對方駕駛室,然后調整聲波頻率,與玻璃共振,玻璃破碎。從而干擾司機,車子失控撞上欄桿而亡。
共振在工程中是可怕的,但是在生活中,卻能帶來很多好處。
我們用的微波爐,就是利用讓微波頻率,使食物自身的分子活動,從而達到食物加熱效果。還有音響設備中揚聲器紙盆的振動。人聽到聲音也是(聲音小了聽不到,大了也聽不到)。消聲器也是利用共振原理等等。
結尾兩個猜想:
1. 張衡的地震儀,應該是用了共振原理。
2. 量子糾纏,兩個量子不管相距多遠,其中一個量子動一下,另一個量子同時跟著動。是否說明糾纏的兩個量子只有一種頻率,固定的頻率。
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