共振頻率

共振频率

物理学术语
共振频率是指一个物理系统在特定频率下,能够以一个比其他频率更大的增幅做振动的情形,一个系统可能拥有多个共振频率。世间万物都是由粒子构成的,它们都可以振动,理论上来说,所有物质都可以拥有共振频率。特斯拉在1889年的时候,就找到了地球的共振频率,数值接近于8赫兹。
    中文名:共振频率 外文名:Resonant frequency 别名:

定义

共振所说的就是在稳定频率环境内,出现与其他频率振幅相比较大的振动情况。此特定频率的振动就是共振频率一般来说一个系统(不管是力学的、热学的还是电子的)有多个共振频率,在这些频率上振动比较容易,在其它频率上振动比较困难。假如引起振动的频率比较复杂的话(比如是一个冲击或者是一个宽频振动)一个系统一般会“挑出”其共振频率随此频率振动,事实上一个系统会将其它频率过滤掉。

本质

一切的振动其表现形式必然是位移,其背后则必然是能量的流动。共振威力巨大的根本原因在于共振使外界的力量直接作用于分子、原子层次(或者某个其他的特定层次),并不断的吸收能量,使其发生小范围的剧烈位移。如果外界的频率与固有频率不一致,那么外力的作用对象就是整个物体,但是如果与固有频率一致,那作用对象就直接变成了一个个的分子、原子,共振破坏了粒子之间的团结,使之互相内斗,结果就使整个系统瞬间崩溃。

从钟摆这个宏观的振动系统来看,如果外力的步调和钟摆的固有频率相同(比如总是在钟摆运动到最高点时,给予钟摆一个斜向下的力),那钟摆就会不断的吸收外界的能量。外界能量每一次都会被完全吸收,并且钟摆不向外界输出任何能量,这样钟摆本身所具有的能量就会急剧增加。如果外力的步调与钟摆不一致,那么上一次吸收的能量,下一次可能就被外力抵消掉,钟摆本身的重力势能也会被外力不时的抵消掉,这就使钟摆本身所具有的能量总是保持在一个波动的水平,并且峰值不会太高,能量在反复的吸收、散失、吸收、散失。

简言之,共振的威力就在于外力以最精准的方式(或者说节奏)作用于物体最微观的层次(或者说特定的层次),使物体在该层次的每个基本单元(比如钟摆、原子、分子)像癌细胞一样不断吸收能量,进而发生剧烈位移,并最终在该层次产生极大的破坏作用。

共振的过程类似于一个强烈的正反馈过程,可以使系统在短时间内剧烈膨胀。

应用

产生共振的重要条件之一,就是要有弹性,而且一件物体受外来的频率作用时,它的频率要与后者的频率相同或基本相近。从总体上来看,这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。

共振不仅在物理学上运用频率非常高,而且,共振现象也可以说是一种宇宙间最普遍和最频繁的自然现象之一,所以在某种程度上甚至可以这么说,是共振产生了宇宙和世间万物,没有共振就没有世界。共振现象在生活中也被广泛应用,荡秋千暂且不论,人们眼睛看到的一切事物,都是根据共振原理而接受信号的。

作用

共振能充当地球生物的保护神。人们知道,紫外线是太阳发出的一种射线,它们如果大举入侵地球,人类及各种生物势必遭受极大的危害,因为过量的紫外线会使生物的机能遭到严重的破坏。不过不用担心,我们有大气层中的臭氧层,是它们借助于共振的威力,阻止了紫外线的长驱直入。当紫外线经过大气层时,臭氧层的振动频率恰恰能与紫外线产生共振,因而就使这种振动吸收了大部分的紫外线。所以,共振能使大气中的臭氧层变得如防晒油一样,保证人类不至于被射线的伤害。

另外,共振还能使地球维持在适当的温度,给地球生命创造出一个冷热适宜的生长环境。因为虽然经过臭氧层的堵截围追,但仍有少部分紫外线能够成功地突破层层防线,到达地球表面。这部分紫外线经过地球吸收后,能量减少,变为红外线,扩散回大气中。而红外线的热量,又恰好能和二氧化碳产生共振,然后被“挽留”在大气层中,使大气层保有一定温度,让万物在温暖和煦的环境中孕育成长。

俗话说万物生长靠太阳,其实也可以这么说:万物生长靠共振。因为我们所熟知的植物的光合作用,亦是叶绿素与某些可见光共振,才能吸收阳光,产生氧气与养分。所以没有共振,植物便不能生长,人类和许多动物也就因此会失去了食物的来源。也就是说,没有共振,地球上的生命便不能长期存在。

共振还是一个善于使用色彩和色调的魔幻绘画师,把人类所看到的每一件物体都神奇地染上了颜色,使这个世界变得五彩斑斓、艳丽缤纷。钠光是黄的,因为钠原子的振动产生所产生的是黄色的光。水银原子的振动发出蓝光。氖原子送出的振动到了你眼中,就成为了红色。在地面,共振也把所有的物体都染上了各式各样的颜色,从花卉到水果。红苹果把太阳光中人们称为蓝光和绿光的振动频率吸收了,因此人类看到的它就是红艳艳的、令人馋涎欲滴的样子。绿叶中的叶绿素分子的振动频率在太阳的红光及蓝光范围,所以共振把这两种颜色都“贪污”了,而只把绿的颜色反射入人类的眼里,因此树叶看上去便是生机盎然浓绿或嫩绿。也是这同一片叶子,到了秋天的时候,它被共振所“贪污”的却是绿光,因而这时反射出的是或黄或红的色彩,映衬出秋天的苍凉和凄美。就是那种很虚幻的彩虹也是因为有了共振,才有了赤橙黄绿青蓝紫。生活中才有着如此美丽迷人的花红柳绿、斑斓烂漫,无不是拜共振之所赐。

预防方法

人类对付共振危害的方法是多种多样和更加先进。例如:人们在电影院、播音室等对隔音要求很高的地方,常常采用加装一些海绵、塑料泡沫或布帘的办法,使声音的频率在碰到这些柔软的物体时,不能与它们产生共振,而是被它们吸收掉。又如电动机要安装在水泥浇注的地基上,与大地牢牢相连,或要安装在很重的底盘上,为的是使基础部分的固有频率增加,以增大与电机的振动频率(驱动力频率)之差来防止基础的振动。

大街上的行人、车辆的喧闹声、机器的隆隆声——这些连绵不断的噪声不仅影响人们正常生活,还会损害人的听力。于是人们发明了一种消声器,它是由开有许多小孔的孔板和空腔所构成,当传来的噪声频率与消声器的固有频率相同时,就会跟小孔内空气柱产生剧烈共振。这样,相当一部分噪声能在共振时被“吞吃”掉,而且还能够转变为热能来进行使用。

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