普通共振的应用及其危害

2020-02-26

摘要:共振在物理领域及生活领域都有着极其重要的作用,在人们应用着共振带给我们的便利的同时,还在经受着共振带给我们的危害,本文主要介绍了共振的应用及共振对我们的危害,使我们更加清楚的认识到共振。  
      关键词:共振现象 原理 应用 危害 
 


      引言 共振现象在自然界中,非常普遍地存在着,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”,因为它与该物体的物理特性有关。当人们从外界再给这个物体加上一个振动( 称为策动) 时,如果策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“共振现象”。 

1 共振的应用  

1.1 自然界中的共振 
 
      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。在电学中,振荡电路的共振现象称为“谐振”。从总体上来看,宇宙的大多数物质是有弹性的,大到行星小到原子,几乎都能以一个或多个固有频率来振动。我们都知道,宇宙是在一次剧烈的大爆炸后产生的。而促使这次大爆炸产生的根本原因之一,便是共振。当宇宙还处于浑沌的起点时,里面就开始产生了振荡。最初的时候,这种荡振是非常微弱的。渐渐地,振荡的频率越来越高、越来越强,并引起了共振。最后,在共振和膨胀的共同作用下,导致了一阵惊天动地的轰然巨响,宇宙在瞬间急剧膨胀、扩张,然后,就产生了日月星辰。微观物质世界的产生,也与共振有着密不可分的干系。宇宙诞生初期的化学元素,也可以说是通过共振合成和产生的。人及其它的生物也是宇宙间的物质,当然共振也是普遍存在于这些生命中了。人除了呼吸、心跳、血液循环等都有其固有频率外,人的大脑进行思维活动时产生的脑电波也会发生共振现象。类似的共振现象在其它动物身上也同样普遍地存在着。  

1.2生活中共振  

1.2.1微波炉   
      在家里微波炉非常常见,我们总是用微博炉来加热食物 这是因为食物中水分子的振动频率与微波大致相同,微波炉加热食品时,炉内产生很强的振荡电磁场,使食物中的水分子作受迫振动,发生共振,将电磁辐射能转化为热能,从而使食物的温度迅速升高。但是否大家想过,在微波炉旁边的人身体里也有水分,为什么人不会被“加热”呢?这是因为微波炉外面都有一层金属网,微波不能穿透金属,还会在金属上发生反射,所有我们人不会被加热。 

1.2.2收音机  
      收音机也是原来我们常用的家用电器 它的原理看是电台通过天线发射出短波/长波信号,收音机通过将天线频率调至和电台电波信号相同频率来引起共振,将电台信号放大,再经过过滤后传至喇叭发声。  


1.2.3搅拌混凝土
      在建筑工地,建筑工人在浇灌混凝土的墙壁或地板时,为了提高质量,总是一面灌混凝土,一面用振荡器进行震荡,使混凝土之间由于振荡的作用而变得更紧密、更结实。此外,粉碎机、测振仪、电振泵、测速仪等,也都是利用共振现象进行工作的。  


1.3医学中的应用  

1.3.1缓解人的心情  
      专家研究认为,音乐的频率、节奏和有规律的声波振动,是一种物理能量,而适度的物理能量会引起人体组织细胞发生和谐共振现象,这种声波引起的共振现象,会直接影响人们的脑电波、心率、呼吸节奏等,使细胞体产生轻度共振,使人有一种舒适、安逸感。人们还发现,当人处在优美悦耳的音乐环境中,可以改善精神系统、心血管系统、内分泌系统和消化系统的功能,促使人体分泌一种有利健康的活性物质,提高大脑皮层的兴奋性,振奋人的精神,让人们的心灵得到了陶冶和升华。所以,人们已经开始运用音乐产生的共振,来缓解人们由于各种因素造成的紧张、焦虑、忧郁等不良心理状态,而且还能用于治疗人的一些心理和生理上的疾病。 
 

1.3.2核磁共振技术  
      核磁共振(MRI)是继CT后的又一重大进步。将人体置于特殊的磁场中,用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核,引起氢原子核共振,并吸收能量。在停止射频脉冲后,氢原子核按特定频率发出射电信号,并将吸收的能量释放出来,被体外的接受器收录,经电子计算机处理获得图像,这就叫做核磁共振成像。 


1.4军事上应用  

1.4.1次声波武器  
      声波。低于20Hz的就是次声波。次声波之所以会被用作军事武器,在于次声波和人体器官次声波武器,是指能发射20赫兹以下的次声波的大功率武器装置。 声波是机械纵波,它可以在固体、液体和气体中传播。人们日常可以听到的声音是20-20000Hz频率范围内的固有频率相近,于是会产生共振。次声波与人体器官的共振,会导致器官变形、移位、甚至破裂,从而达到杀伤目的。次声能武器属于尖端武器,杀伤力非常大。 
  


2 共振的危害 

2.1桥梁崩塌 
      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。  
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。因为风除了产生沿着风向的一个风向力外,还会对风区的构筑物产生一个横力,而且风在表面的漩涡在一定条件下产生脱落,从而对构筑物产生一个震动。要是风的横力产生的震动频率和构筑物的固定频率相同或者相近时,就会产生风荷载共振. 


2.2 雪崩 
      在冰山雪峰间,动物的吼叫声引起空气的振动,当频率等于雪层中某一部分的固有振动频率时,会发生共振,形成雪崩,因此,登山队员严禁高声说话.  


2.3 翻船 
      轮船在航行时,会受到周期性的波浪冲击而左右摇摆.如果波浪冲击力的频率与轮船的固有频率相同,就会发生共振,摆幅增大,甚至可以使船倾覆. 这时可以改变船的航向和速度,使波浪冲击的频率远离船的固有频率.
 


2.4机械损坏 
     机器在工作时由于零部件的运动,也会产生周期性的策动力,使机器因共振而受到顺坏。为了避免共振,设计时要注意机器的转速使机器的固有频率不与策动力的频率接近。机床运转时,运动部分总会有某种不对称性,从而对机床的其他部件施加周期性作用力引起这些部件的受迫振动,当这种作用力的频率与机床的固有频率接近或相等时,会发生共振,从而影响加工精度,加大机械钢铁的疲劳破坏,加大机械的损害力度。  


2.5 历史上的共振危害  
      1906年,一队俄国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。类似的事件还发生在俄国和美国等地。 


3 总结 
      总而言之,共振不仅是一种客观存在,它也是有待于进一步开拓的科技领域。共振技术普遍应用于机械、化学、力学、电磁学、光学及分子、原子物理学、工程技术等几乎所有的科技领域。在当今开始的正在蓬勃发展的信息技术、基因科学、纳米材料、航天高科学技术的大发展,更是大量运用到共振技术。而且现在随着科学的发展,可以想像,共振将会对我们这个社会产生更加巨大的影响。




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