波的共振

共振,顾名思义,一起震动。共振的条件,两种波频率相同,或说周期相等。振幅大小互相叠加,达到非常强大的振动效果。以正弦波为例,下图为两正弦波振示意图


绿色正弦波向X轴正向移动,设为,同理,蓝色正弦波向左移动,设,其中,随着t1,t2的不断增大,绿波和蓝波分别向右和左移动,由于两波频率相同,他们会发生叠加,产生新的波,如图红色,红色波表达示为,利用三角函数转化,得化简得,其中,t1,t2,a,b为常数,为简明表示,令则红波表达示为,令,则红波表达示为,可以将上述a,b,t1,t2代入这个式子中,所得结果比较繁琐,这里不表示。

由上表达示可以看出,两函数叠加后周期,频率不变,振幅大幅增加。

当我们用一个有一定频率的外力作用于一个物体时,物体会发生振动,当外力的频率与物体的固有频率相同时,外力与物体会发生共振,产生最大振动效果。

网上最近流传一个视频,叫奇24HZ正弦波作用于正在流水的水管,水流变化如图


当开启24HZ的振动器时,水流不再是直接向下,而是产生的弯曲


百度知道水管与水的固有频率都很高,并不是24HZ,所以,这种现象不是共振,我看视频得知,24HZ时,水流形状固定,25hz时,水形成的波不断下移,23HZ时,水形成的波不断上移,看着像水倒流了一样,视频网址为 https://v.qq.com/x/page/a0344o4bfjz.html,有兴趣的读者可以看一下.

形成这种现象的原因是水分子间存在相互吸引力,如下常见的水滴形状,水滴在屋檐上受到上层水分子吸引力,不是立刻掉下来,当水分子不断向下面移动时,下面水分子的重力大于水面水分子的吸引力,水滴便掉了下来.


水管中的水流速较快,水看上去像是一条线,我们小时玩的彩带,用力在一边挥动,整个彩带跟着一起动,带动力从手上一直传到彩带末尾.水流的原理与之类似,水分子间吸引作用力使水的形状如同彩带一样,由于下面水流随着速度加快,单位体积水会减少,所以下面会变的间断,形成水珠状.,波之间的间距也会变大.

言归正传,外力作用于物体时,物体会产生振动,这个振动频率为物体的固有频率,当外力频率与物体固有频率相同时,物体会发生大幅度振动.

有的大桥由于桥下水流旋涡产生振动,当它的频率与桥的固有频率发生共振时,桥面很容易倒塌.

共振的利用

我们常见的声波武器,利用武器产生一定频率的声波,声波武器分为三种,

一种是次声波武器,这种声波频率较低,我们又听为次声波,次声波我们人耳听不到.声波武器产生的次声波,可与人体内脏产生强烈共振,使人感到恶心、头痛、呼吸困难甚至会导致血管破裂,内脏破损。大功率声波武器传播方向几乎是直线传播,有一定的穿透力,人耳听不到,不容易被发现,也不知道攻击来源.

一种是强声波武器,强声波武器能发出足以威慑来犯者或使来犯者失去行动能力的强声波,而不会对人体造成长期的危害。它主要用于保护军事基地等重要设施。当有人靠近时,这种声学武器首先发出声音警告来人。如果来人继续靠近,声音就会变得令人胆战心惊。假如来人置之不理还继续逼近,这种声学武器就会使他们丧失行动能力。

第三种超声波武器,超声波武器能产生高能高频声波,造成强大的空气压力,使人产生视觉模糊、恶心等生理反应,从而使人员战斗力减弱或完全丧失作战能力。这种武器甚至能使门窗玻璃破碎。而且躲进坦克与防空洞内也不能避免,他可以穿过15米的混凝土墙与坦克钢板,严重的话使人直接死亡。

核磁共振,医学中利用共振技术成像的一种方法,我们很多人用过.下篇我会重点讲.

共振的避免

共振现象也会给人们带来危害,要尽量增大振动的空间,增加策动力与受体的距离,使振动影响降到最小.比如,部队经过桥面时,需要散步前进,不可以齐步.城里的车辆较多,特别是大车,经过的路面振动强列,需要远离住房,并种植一些植物,吸咐和减弱振动效果.电路中,各电子元件需要保持一定的距离,避免它们间有电磁共振或物理共振,破坏电路板,损坏电子元件.

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