共振的運(yùn)用及其危害

1、共振的運(yùn)用及其危害共振的運(yùn)用及其危害劉偉（北京理工大學(xué)03110901班20090481號(hào)2010年6月）摘要摘要對(duì)于一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)外加策動(dòng)力的頻率與系統(tǒng)本身的固有頻率相近或相同時(shí)，系統(tǒng)受迫振動(dòng)的振幅將趨于最大值，這種現(xiàn)象叫做共振。共振現(xiàn)象在生活中隨處可見。共振有著極其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，包括聲學(xué)。電磁學(xué)、生物學(xué)、波動(dòng)學(xué)、醫(yī)學(xué)等等。合理巧妙地利用共振現(xiàn)象可以為我們創(chuàng)造巨大的財(cái)富，但另外一方面，共振現(xiàn)象也可以給我們帶來危害。對(duì)共振有充分的認(rèn)

2、識(shí)，巧妙利用，消除危害，那么共振就能成為我們開發(fā)自然的最好工具。關(guān)鍵字關(guān)鍵字受迫振動(dòng)固有頻率策動(dòng)力振幅能量應(yīng)用與危害正文正文一相關(guān)概念相關(guān)概念受迫振動(dòng)與策動(dòng)力：區(qū)別于自由振動(dòng)，受迫振動(dòng)是物體在策動(dòng)力的強(qiáng)迫下所產(chǎn)生的振動(dòng)。策動(dòng)力是外界施予系統(tǒng)的具有一定頻率特征的作用力。揚(yáng)聲器中紙盒的振動(dòng)，蒸汽機(jī)活塞的振動(dòng)等都是受迫振動(dòng)。物體做受迫振動(dòng)的頻率等于策動(dòng)力的頻率，跟物體的固有頻率無(wú)關(guān)。固有頻率：固有頻率是系統(tǒng)本身所具有的一種振動(dòng)性質(zhì)。當(dāng)物體做固

3、有振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)頻率就是固有頻率。固有頻率由系統(tǒng)的質(zhì)量分布，內(nèi)部的彈性性質(zhì)以及其力學(xué)性質(zhì)相關(guān)。固有頻率一般與振幅無(wú)關(guān)。如單擺固有頻率，彈簧振子頻率為glf?21?，電路固有頻率等等。mkf?21?LC?21二共振的共振的產(chǎn)生對(duì)于一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)外加策動(dòng)力的頻率與系統(tǒng)本身的固有頻率相近或相同時(shí)，系統(tǒng)受迫振動(dòng)的振幅將趨于最大值，這種現(xiàn)象叫做共振。所以共振是一種特殊的受迫振動(dòng)。對(duì)一個(gè)確定的無(wú)阻尼振動(dòng)系統(tǒng)（固有頻率一定）當(dāng)改變外加策動(dòng)力的頻率（策

4、0ff動(dòng)力大小不變），并且策動(dòng)力周期性變化方向與振動(dòng)方向相同時(shí)，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)系統(tǒng)的振幅A與策動(dòng)力頻率之間呈現(xiàn)如下圖所示的關(guān)系：f梁的固有周期時(shí)（事實(shí)證明，這事不難實(shí)現(xiàn)的），橋梁和過橋軍隊(duì)組成的受迫振動(dòng)系統(tǒng)就具有了最大的振幅，一旦這個(gè)振幅超過了橋梁的承載力，橋塌人亡的悲劇必然發(fā)生。所以變亂步伐過橋才是明智之舉，這樣橋梁不會(huì)受到相對(duì)統(tǒng)一的策動(dòng)力作用，共振現(xiàn)象也就不可能發(fā)生了。共振現(xiàn)象的危害也是多方面的，以上只是人們熟知的典例。共振的危害還可能威

5、脅到我們的的身體健康，我們知道，人的呼吸，心跳，血液循環(huán)等生理活動(dòng)都有其固有頻率，如果人被長(zhǎng)期暴露在外界振動(dòng)周期與自身生理周期相近的環(huán)境中，那么人的健康甚至生命都會(huì)受到威脅，殺人于無(wú)形的聲波武器就是以此為原理的……從原理上講，防止共振產(chǎn)生的方法是很簡(jiǎn)單的，即：讓策動(dòng)力頻率與振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率相遠(yuǎn)離。首先確定當(dāng)前策動(dòng)力頻率與固有頻率的相對(duì)大小，若相對(duì)大，則增大策動(dòng)力頻率，如相對(duì)小，則可減小策動(dòng)力頻率。當(dāng)然，在一些實(shí)際問題中，策動(dòng)力頻率是我們

6、要求確定不變的量，這個(gè)時(shí)侯我們可以從振動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造入手，試圖改變其固有頻率，如改變彈簧振子振動(dòng)系統(tǒng)中倔強(qiáng)系數(shù)K改變振動(dòng)系統(tǒng)組成材料等方面入手。另外，值得一提的是，振幅太大才是共振產(chǎn)生破壞力的最直接原因。在以上軍隊(duì)過橋的例子中，可以想見，如果是一群螞蟻過橋，無(wú)論螞蟻隊(duì)伍的步伐有多么整齊一致，它們產(chǎn)生的策動(dòng)力頻率與橋梁固有頻率是多么的接近，都不可能致使橋梁倒塌。只是因?yàn)槲浵侁?duì)伍對(duì)橋梁策動(dòng)力產(chǎn)生的附加振幅遠(yuǎn)不足以達(dá)到如此的破壞力。所以在共振不

7、可避免的情況下，我們可以盡量減小策動(dòng)力的大小以減小共振的振幅，從而盡量減低共振產(chǎn)生的破壞力。此舉雖不能避免共振，但可以一定程度上減輕共振的危害。總結(jié)起來，以上給出了三種方法防止共振的危害。前兩種是從根源上制止共振的發(fā)生，后一種是從效果上降低共振的危害。在實(shí)際應(yīng)用問題中因根據(jù)不同的背景需求，選取合適的方法。就以軍隊(duì)過橋?yàn)槔?，現(xiàn)有三種解決方案：①改變策動(dòng)力周期。全軍亂步過橋。②改變振動(dòng)系統(tǒng)的固有周期：更換建筑材料或橋梁結(jié)構(gòu)，是其固有頻率遠(yuǎn)離