共振的应用探究

2016-12-01张贝宁

中国科技纵横 2016年14期

关键词：共振固有频率原理

张贝宁

（青岛经济技术开发区第一中学，山东青岛 266555）

共振的应用探究

张贝宁

（青岛经济技术开发区第一中学，山东青岛 266555）

共振是一种非常常见的物理现象，其原理已被广泛应用到各个领域，如医学、声学、电磁学、生物学等。共振在给人们带来帮助的同时，也可能带来危害，因此，必须充分认识共振的利与害，以更好地趋利避害。鉴于此，本文分析了共振现象及其应用，如在生活中的应用、在建筑工地上的应用、在医学上的应用，并提出了一些防治共振危害的措施，以使共振原理更好地为人类服务。

共振应用危害防治措施

共振现象普遍存在于自然界中，对人们的生产生活有利有弊，合理利用共振可以研制出有利于人们生活的东西，推动社会进步。但共振的危害程度和范围也非常广泛，比如一声大喊可引起积雪的共振，进而导致一场雪崩。因此，我们必须重视和避免其不利影响。

1 共振现象及共振的重要性

1.1 共振现象

共振现象是指一个物理系统在其自然的振动频率下趋于从周围环境吸收更多能量的趋势，相比其他频率，表现出更大的振幅振动情况。简言之，即自然界存在的物体在产生振动后，由于自身的各种物理特性，会有很多种频率的振动，但会逐渐固定在某种频率下，这个频率叫固有频率。当人们在外界再加个振动时，如果这个外来的振动频率跟该物体的固有频率相同，物体的振动就会被放大，振幅达到最大，这种现象就是共振。一般来说，一个物体的共振频率不是唯一的，所以共振现象在生活中非常常见，像乐队演奏就经常利用共振。共振也存在于各种生命体中，人的呼吸、心跳是有固有频率的，大脑思维活动产生的脑电波也会发生共振现象。

1.2 共振的重要作用

共振具有非常重要的作用，现在最流行的宇宙爆炸形成说，促成爆炸的原因就是共振。由于共振，整个宇宙才开始形成，出现了各种星体。大到宇宙，小到微观世界的产生都与共振有密切关系，因为各种元素的形成都是共振合成的。共振对地球上的生命有很大的保护作用，能保护生物免遭紫外线的危害，因为臭氧层能借助共振的作用阻止紫外线直接到达地面，当紫外线经过臭氧层时，由于共振，臭氧层可吸收掉大部分的紫外线，这样，到达地面的紫外线对地球上的生物就基本没有危害了。另外，共振还让地球的温度适合生命的活动，同时，植物光合作用也是叶绿素与部分可见光共振，吸收可见光，制造氧气。总而言之，没有共振，就没有地球上的植物，也就没了地球上的许多生命。

2 共振的应用

2.1 共振在生活中的应用

共振在生活中随处可见，像拍篮球，如果掌握不好共振，篮球就不会随手的节奏而动。在生活中应用共振的例子也很多，譬如常见的微波炉，其工作原理就与共振有关：微波炉频率与食物内部水分子的振动频率相差不多，当微波炉工作时，就能引起共振，迅速完成食物升温，并且是在食物内部进行升温，工作效率比从外部加热的方法要高很多，这样也有效地做到了节能减耗。音乐与共振也是分不开的，不同的音乐会跟人体的组织细胞产生共振，影响到人的感觉，像有的音乐让人伤感，也有好多人用音乐进行心理治疗，帮助人解除痛苦。可以说是，共振现象的存在非常普遍。

2.2 共振在建筑工地上的应用

在建筑工地上，浇灌混凝土是常见的作业内容，建筑工人可以利用共振的作用来提高混凝土的质量。在浇灌混凝土的时候，加上一个电动泵进行振动，就会让混凝土变得更加的结实，这样能提高工程的质量。建筑工地上利用共振的地方还有很多，比如利用共振达到破碎旧混凝土的目的、利用共振试桩测试单桩的承压能力等，都是共振为施工带来的便利，技术也都十分成熟。

2.3 共振在医学上的应用

共振在医学上的应用最突出的一项就是“核磁共振”。核磁共振的工作原理就是把人体置于一个特殊的磁场中，然后向人体发射无线电波，让人体中的氢原子核产生共振，共振时会吸收能量，停止发射后，吸收的能量会释放出来，同时氢原子核会发射出特定信号，这些信息被信号器接受后就能获得图像，医生通过观察就能确定病人的情况，从而确定治疗方案。核磁成像不仅在医学上有应用，在物理学、化学、生物学等领域也都有广泛应用，为科技的发展提供了巨大的帮助。

3 共振的危害及其防治策略

3.1 共振的危害

在人们的日常生活中，共振会给人很多的帮助，但自然现象的存在都是有双面性的，共振也会带来很多危害。持续发出高频率的声音可以让玻璃杯破碎，机器的运转也可能因共振把机座损坏，行驶中的汽车如果车轮的转动周期跟上面弹簧的节奏一致，也会产生共振造成车辆失控，就像人体各器官都有自己的频率，如果环境中的振动跟某个器官的频率一致，就会产生影响人体健康的共振，甚至会导致死亡，由此人们研发出了次声波枪和次声波炸弹，会让人体器官发生变形。从大方面讲，地震中的房屋倒塌就是由地震波与建筑物产生非常强烈的共振造成的。地壳里的板块发生断裂时，产生的振动波传到地面，与建筑物的固有频率发生强烈的共振，造成极大的破坏，热带风暴的产生也有共振的作用。登雪山时不能大声说话，就是怕人的声音引起共振，造成雪崩。

3.2 共振的防治策略

共振对人们的生活有利有弊，经过长期的摸索研究，人们探索出很多可以消除共振的方法。从原理上讲，避免共振的危害就要防止共振的产生，其原理就是不要让两种频率一致，主要途径是改变某个系统的固有频率。例如，利用地基、底座让系统的固有频率发生改变，减少共振的发生机会。共振的破坏力与振幅有明显的关系，因此，可以通过减少共振振幅来防止共振产生大的危害。一个很有趣的例子就是军队过桥的时候，不要让步伐一致，从而让军队运动的频率脱离桥梁固有的频率，这样就能减小共振的振幅，尽量降低破坏力。现在还有很多材料有消音、吸收振动的作用，像海绵、塑料泡沫等，可以让声音不发生共振，从而消除共振的危害。