共振这个现象为什么这么致命?
当外力的频率与物体的特征振动频率一致时,就会发生所谓的共振现象,此时外力增强了物体的特征振动,使得物体的振动幅度变得巨大,容易超越物体的承受极限,表现出巨大的破坏力,因而通常会产生极其严重的后果。从数学上讲,当物体受到周期性外界作用时,此时对应的物体振动幅度为:
为物体的特征频率或者说固有频率。
当周期性作用的频率与特征频率不相等时,振幅是有限的数值;当周期性作用的频率等于特征频率时,对应的物体振幅为:
振幅随着时间的推移趋于发散,对应无限大的振幅,下图给出了共振的阻尼振荡分别对应的振幅随时间变化图。
(a)共振;(b)阻尼振荡
生活中的共振现象随处可见,当然共振也不一定就一定是有害的。自然界存在一些对人类有益的共振现象,比如大气层中的臭氧层的振动频率与紫外线相近,一次可以吸收紫外线,减少辐射;植物光合作用时吸收特定波长的光线也利用了共振现象。随着科技的进步,一些共振现象也被用来进行疾病的检验,比如核磁共振,进行科学研究,比如电子顺磁共振等等。因此,实际生活中我们要对一些危害巨大的共振现象进行防治,保护有益的共振或者利用共振现象来促进人类文明的发展。
来源:中科院物理所微信公众号(ID:cas-iop),节选自《太阳里能开宇宙飞船吗?》一文。
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