共振的幽靈
任何物體產生振動后,由于其本身的構成、大小、形狀等物理特性,原先以多種頻率開始的振動,漸漸會固定在某一頻率上振動,這個頻率叫做該物體的"固有頻率",因為它與該物體的物理特性有關。當人們從外界再給這個物體加上一個振動(稱為策動)時,如果策動力的頻率與該物體的固有頻率正好相同,物體振動的振幅達到最大,這種現象叫做"共振"。物體產生共振時,由于它能從外界的策動源處取得最多的能量,往往會產生一些意想不到的后果。
18世紀中葉,法國昂熱市一座102米長的大橋上有一隊士兵經過。當他們在指揮官的口令下邁著整齊的步伐過橋時,橋梁突然斷裂,造成226名官兵和行人喪生。究其原因是共振造成的。因為大隊士兵邁正步走的頻率正好與大橋的固有頻率一致,使橋的振動加強,當它的振幅達到最大以至超過橋梁的抗壓力時,橋就斷了。類似的事件還發生在俄國和美國等地。鑒于成隊士兵正步走過橋時容易造成橋的共振,所以后來各國都規定大隊人馬過橋,要便步通過。
在我國的史籍中也有不少共振的記載。唐朝開元年間,洛陽有一個姓劉的和尚,他的房間內掛著一幅磬,常敲磬解煩。有一天,劉和尚沒有敲磬,磬卻自動響起來了。這使他大為驚奇,終于驚擾成疾。他的一位好朋友曹紹夔是宮廷的樂令,不但能彈一手好琵琶,而且精通音律(即通曉聲學理論),聞訊前來探望劉和尚。經過一番觀察,他發現每當寺院里的鐘響起來時,和尚房里的磬也跟著響了。丁是曹紹夔拿出刀來把磬磨去幾處,從此以后就不再自鳴了。他告訴劉和尚,這磬的音律(即現在所謂的固有頻率)和寺院的鐘的音律一致,敲鐘時由于共振,磬也就響了。將磬磨去幾處就是改變它的音律,這樣就不會引起共鳴。和尚恍然大悟,病也隨之痊愈了。
登山運動員登山時嚴禁大聲喊叫。因為喊叫聲中某一頻率若正好與山上積雪的固有頻率相吻合,就會因共振引起雪崩,其后果十分嚴重。
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