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1、共振的世界姓名：* 班级：* 学号：*摘要：共振现象是结构系统受激励的频率与该系统的固有频率相接近时，使系统振幅明 显增大的现象。事实上，共振现象在现实世界中无处不在，大到太阳系中的类木 行星的轨道共振，小到自然界动物耳底膜的共振，到处都可以看到它的影子。本 文将就共振的性质、共振对于我们的影响及其应用进行一些讨论。共振的性质在一个机械受迫振动过程中，系统的振幅可表示为： A = h/J（2-旳+ 40T （其中5为振动系统的固有角频率，0为阻尼系数）, 当驱动力的角频率。满足e = =妬一202时，受迫振动的振幅达到最大值 4 = “20血$ _02 ,这种受迫振动达到最大值的现象称为共振。
2、事实上，共振现象不仅仅出现在机械运动的过程中，在电磁学中当振荡电路 为非理想状态而有电阻时，电阻发热，成为阻尼振荡；当振荡电路中有外加的周 期性电动势作用时，将成为受迫振荡；当外加电动势的频率与电路自山振荡的固 有频率3相同时，振幅达最大值，叫电磁共振，相应地在量子物理等学科中也 有共振现象的岀现。我们更确切地体会到共振现象的广泛存在。通常情况下，一个共振系统有多个共振频率，在这些频率上振动比较容易， 在其它频率上振动比较困难，假如引起振动的频率比较复杂的话（比如是一个冲 击或者是一个宽频振动）一个系统一般会“挑出其共振频率随此频率振动，而同 时如果一个系统的阻尼系数比较高的时候，它将拥有较宽
3、的共振频率带。共振的利与弊共振之于人类，譬如矛与盾。一方面共振可以充当地球生物的保护神，我们 知道，紫外线是太阳发出的一种射线，它们如果大举入侵地球，人类及各种生物 势必遭受极大的危害，因为过量的紫外线会使生物的机能遭到严重的破坏。不过 大气中臭氧层却保护了我们，阻止了紫外线的长驱直入。当紫外线经过大气层时, 臭氧层的振动频率恰恰能与紫外线产生共振，因而就使这种振动吸收了大部分的 紫外线。另一方面，共振也给人类的生产生活带来了不小的危害，1949年，美 国全长860米的塔阿姆大桥在大风中因发生共振而轰然倒塌，事故的原因就是大 桥设计建造的时候共振强度没有过关。在精密器件加工过程中机床运转时，运
4、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。面对共振，我们最为希望的就是化矛为盾，在一般情况下共振是有害的，会 引起机械和结构很大的变形和动应力，棋至造成破坏性事故，工程史上不乏实例。 防共振措施有:改进机械的结构或改变激励,使机械的固有频率避开激励频率；采 用减震装置；机械起动或停车过程中快速通过共振区。另一方面，共振状态包含 有机械系统的固有频率、最大响应、阻尼和振型等信息。在振动测试中常人为地 再现共振状态，进行机械的振动试验和动态分析。此外，利用共振原理的振动机
5、 械，可用较小的功率完成某些工艺过程，如共振筛等。同时共振的危害不仅仅间接作用在人类身上，事实上正常人体的固有频率应 为75Hz左右，其中各部分乂有自己的固有频率。如内脏为46Hz,头部为8 12Hz等。正是曲于这个原因，次声波对人体有很大的破坏作用，因为人体各部 分的固有频率都在次声波的频率范圉之内。次生武器就是利用频率低于20Hz的 次声波与人体发生共振，使共振的器官或部位发生位移和变形而造成人体损伤以 至死亡的一种武器。而在现实生产生活中人们会接触到各种振动源，这些振动都 可能会对人体产生危害。把人体作为一个整体来看，如水平方向的固有频率约为 3-6赫兹，竖直方向的固有频率约为48赫兹。
6、因此，跟振动源十分接近的操作人 员，如拖拉机驾驶员，风镐、风铲、电锯、锅钉机的操作工，在工作时应尽量避 免这些振动源的频率与人体有关部位的固有频率产生共振。并且，为了保障工人 的安全与健康，有关部门己作出了相应规定，要求用手工操作的各类振动机械的 频率必须大于20赫兹。共振的应用利用共振我们同样可以得益很多。例如，我们收听的无线电就利用了共振。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，以接受电台的信号。电波信号通过天线向空中发射信号，短波通过云层 发射，长波通过直接向地球表面发射。收音机的天线将共振磁环的频率调节至和 电台电
7、波信号相同时就会产生共振，电波信号将被放大，然后天线将放大后的信 号经过过滤后传至喇叭发声。在医疗领域应用的核磁共振技术也很好的应用了共振这一物理现象，核磁共 振是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某 一定频率的射频辐射的物理过程。核磁共振成像技术通过识别人体水分子中氢原 子信号的分布来推测水分子在人体内的分布，进而探测人体内部结构。当然，人类对于共振技术的探索远不止这些。在2007年6月，麻省理工大 学研究团队在科学杂志上发表了关于无线充电技术的研究成果。他们利用铜 质线圈作为电磁共振器，一团线圈在传送电力方，另一团在接受电力方。当传送 方送出某特定频率的电磁波
8、后，经过电磁场传递到接收方，电力就实现了无线传 导，当时就已经能成功为一个两米外的60瓦灯泡供电了。无线输电对于人类社 会的进步其重要性是不言而喻的，相信在不久的将来，远距离无线输电会进入每 一个人的生活中。小结:共振现象作为宇宙间最频繁最普遍的自然现象之一，它与人类的生产生活是 密切相关的，面对这样一柄双刃剑，我们要对其广泛而合理的应用进而造福人类 社会促进科技发展，同时，我们也要谨慎地预防共振可能给我们带来的种种危害。 科学现象，可以给我们带来弊端，也可以帮助我们促进科技的进步进而化矛为盾, 一切的关键在于我们要有条件地合理去利用科学技术。参考文献：1大学物理苟秉聪胡海云，国防工业出版社，2012年1月第2版：2大学物理学张三慧，淸华大学出版社，2002年6月第2版；3普通物理学（第五版）程守洙江之永，高等教育出版社，2004年第2版