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    共振的應用及其危害

    2020-2-14 10:58:36| 發布者: 大易健康| 查看: 523|

          摘要:共振在物理領域及生活領域都有著極其重要的作用,在人們應用著共振帶給我們的便利的同時,還在經受著共振帶給我們的危害,本文主要介紹了共振的應用及共振對我們的危害,使我們更加清楚的認識到共振。  
          關鍵詞:共振現象 原理 應用 危害 
     


          引言 共振現象在自然界中,非常普遍地存在著,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“共振現象”。 

    1 共振的應用  

    1.1 自然界中的共振 
     
          共振在聲學中亦稱“共鳴”,它指的是物體因共振而發聲的現象,如兩個頻率相同的音叉靠近,其中一個振動發聲時,另一個也會發聲。在電學中,振蕩電路的共振現象稱為“諧振”。從總體上來看,宇宙的大多數物質是有彈性的,大到行星小到原子,幾乎都能以一個或多個固有頻率來振動。我們都知道,宇宙是在一次劇烈的大爆炸后產生的。而促使這次大爆炸產生的根本原因之一,便是共振。當宇宙還處于渾沌的起點時,里面就開始產生了振蕩。最初的時候,這種蕩振是非常微弱的。漸漸地,振蕩的頻率越來越高、越來越強,并引起了共振。最后,在共振和膨脹的共同作用下,導致了一陣驚天動地的轟然巨響,宇宙在瞬間急劇膨脹、擴張,然后,就產生了日月星辰。微觀物質世界的產生,也與共振有著密不可分的干系。宇宙誕生初期的化學元素,也可以說是通過共振合成和產生的。人及其它的生物也是宇宙間的物質,當然共振也是普遍存在于這些生命中了。人除了呼吸、心跳、血液循環等都有其固有頻率外,人的大腦進行思維活動時產生的腦電波也會發生共振現象。類似的共振現象在其它動物身上也同樣普遍地存在著。  

    1.2生活中共振  

    1.2.1微波爐   
          在家里微波爐非常常見,我們總是用微博爐來加熱食物 這是因為食物中水分子的振動頻率與微波大致相同,微波爐加熱食品時,爐內產生很強的振蕩電磁場,使食物中的水分子作受迫振動,發生共振,將電磁輻射能轉化為熱能,從而使食物的溫度迅速升高。但是否大家想過,在微波爐旁邊的人身體里也有水分,為什么人不會被“加熱”呢?這是因為微波爐外面都有一層金屬網,微波不能穿透金屬,還會在金屬上發生反射,所有我們人不會被加熱。 

    1.2.2收音機  
          收音機也是原來我們常用的家用電器 它的原理看是電臺通過天線發射出短波/長波信號,收音機通過將天線頻率調至和電臺電波信號相同頻率來引起共振,將電臺信號放大,再經過過濾后傳至喇叭發聲。  


    1.2.3攪拌混凝土
          在建筑工地,建筑工人在澆灌混凝土的墻壁或地板時,為了提高質量,總是一面灌混凝土,一面用振蕩器進行震蕩,使混凝土之間由于振蕩的作用而變得更緊密、更結實。此外,粉碎機、測振儀、電振泵、測速儀等,也都是利用共振現象進行工作的。  


    1.3醫學中的應用  

    1.3.1緩解人的心情  
          專家研究認為,音樂的頻率、節奏和有規律的聲波振動,是一種物理能量,而適度的物理能量會引起人體組織細胞發生和諧共振現象,這種聲波引起的共振現象,會直接影響人們的腦電波、心率、呼吸節奏等,使細胞體產生輕度共振,使人有一種舒適、安逸感。人們還發現,當人處在優美悅耳的音樂環境中,可以改善精神系統、心血管系統、內分泌系統和消化系統的功能,促使人體分泌一種有利健康的活性物質,提高大腦皮層的興奮性,振奮人的精神,讓人們的心靈得到了陶冶和升華。所以,人們已經開始運用音樂產生的共振,來緩解人們由于各種因素造成的緊張、焦慮、憂郁等不良心理狀態,而且還能用于治療人的一些心理和生理上的疾病。 
     

    1.3.2核磁共振技術  
          核磁共振(MRI)是繼CT后的又一重大進步。將人體置于特殊的磁場中,用無線電射頻脈沖激發人體內氫原子核,引起氫原子核共振,并吸收能量。在停止射頻脈沖后,氫原子核按特定頻率發出射電信號,并將吸收的能量釋放出來,被體外的接受器收錄,經電子計算機處理獲得圖像,這就叫做核磁共振成像。 


    1.4軍事上應用  

    1.4.1次聲波武器  
          聲波。低于20Hz的就是次聲波。次聲波之所以會被用作軍事武器,在于次聲波和人體器官次聲波武器,是指能發射20赫茲以下的次聲波的大功率武器裝置。 聲波是機械縱波,它可以在固體、液體和氣體中傳播。人們日常可以聽到的聲音是20-20000Hz頻率范圍內的固有頻率相近,于是會產生共振。次聲波與人體器官的共振,會導致器官變形、移位、甚至破裂,從而達到殺傷目的。次聲能武器屬于尖端武器,殺傷力非常大。 
      


    2 共振的危害 

    2.1橋梁崩塌 
          1940年,美國的全長860米的塔柯姆大橋因大風引起的共振而塌毀,盡管當時的風速還不到設計風速限值的1/3,可是因為這座大橋的實際的抗共振強度沒有過關,所以導致事故的發生。  
    每年肆虐于沿海各地的熱帶風暴,也是借助于共振為虎作倀,才會使得房屋和農作物飽受摧殘。因為風除了產生沿著風向的一個風向力外,還會對風區的構筑物產生一個橫力,而且風在表面的漩渦在一定條件下產生脫落,從而對構筑物產生一個震動。要是風的橫力產生的震動頻率和構筑物的固定頻率相同或者相近時,就會產生風荷載共振. 


    2.2 雪崩 
          在冰山雪峰間,動物的吼叫聲引起空氣的振動,當頻率等于雪層中某一部分的固有振動頻率時,會發生共振,形成雪崩,因此,登山隊員嚴禁高聲說話.  


    2.3 翻船 
          輪船在航行時,會受到周期性的波浪沖擊而左右搖擺.如果波浪沖擊力的頻率與輪船的固有頻率相同,就會發生共振,擺幅增大,甚至可以使船傾覆. 這時可以改變船的航向和速度,使波浪沖擊的頻率遠離船的固有頻率.
     


    2.4機械損壞 
         機器在工作時由于零部件的運動,也會產生周期性的策動力,使機器因共振而受到順壞。為了避免共振,設計時要注意機器的轉速使機器的固有頻率不與策動力的頻率接近。機床運轉時,運動部分總會有某種不對稱性,從而對機床的其他部件施加周期性作用力引起這些部件的受迫振動,當這種作用力的頻率與機床的固有頻率接近或相等時,會發生共振,從而影響加工精度,加大機械鋼鐵的疲勞破壞,加大機械的損害力度。  


    2.5 歷史上的共振危害  
          1906年,一隊俄國士兵在指揮官的口令下,邁著威武雄壯、整齊劃一的步伐,通過法國昂熱市一座大橋,快走到橋中間時,橋梁突然發生強烈的顫動并且最終斷裂坍塌,造成許多官兵和市民落入水中喪生。后經調查,造成這次慘劇的罪魁禍首,正是共振! 因為大隊士兵齊步走時,產生的一種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限度直至超過橋梁的抗壓力時,橋就斷裂了。類似的事件還發生在俄國和美國等地。 


    3 總結 
          總而言之,共振不僅是一種客觀存在,它也是有待于進一步開拓的科技領域。共振技術普遍應用于機械、化學、力學、電磁學、光學及分子、原子物理學、工程技術等幾乎所有的科技領域。在當今開始的正在蓬勃發展的信息技術、基因科學、納米材料、航天高科學技術的大發展,更是大量運用到共振技術。而且現在隨著科學的發展,可以想像,共振將會對我們這個社會產生更加巨大的影響。 

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