共振的应用及其危害

      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.  

      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。