共振現象

共振现象

物理学专业术语
共振效应最初是物理学上的一个定义,摆最重要的特性是它以一种频率,即通常所称的固有频率摆动。当受到外界的干扰而被激励时,它相应的摆动规律则依赖于干扰振频是否和它所希望的一致。共振效应最初是物理学上的一个定义。当人们从外界再给这个物体加上一个振动(称为策动)时,如果策动力的频率与该物体的固有频率正好相同,物体振动的振幅达到最大,这种现象叫做共振现象。[1]
    中文名:共振现象 外文名:resonance phenomenon,covibration,mesomerism 适用领域: 所属学科:

概念

共振现象是指一个物理系统在其自然的振动频率(所谓的共振频率)下趋于从周围环境吸收更多能量的趋势。自然中有许多地方有共振的现象。人类也在其技术中利用或者试图避免共振现象。一些共振的例子比如有:乐器的音响共振、太阳系一些类木行星的卫星之间的轨道共振、动物耳中基底膜的共振,电路的共振等等。一般来说一个系统(不管是力学的、声响的还是电子的)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。

简介

系统受外界激励,作强迫振动时,若外界激励的频率接近于系统频率时,强迫振动的振幅可能达到非常大的值,这种现象叫共振。一个系统有无数个固有频率,我们常研究低范围的系统频率。共振是物理学上的一个运用频率非常高的专业术语。共振的定义是两个振动频率相同的物体,当一个发生振动时,引起另一个物体振动的现象。

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

物理学上的共振

共振是物理学上的一个运用频率非常高的专业术语。共振的定义是两个振动频率相同的物体,当一个发生振动时,引起另一个物体振动的现象。共振在声学中亦称“共鸣”,它指的是物体因共振而发声的现象,如两个频率相同的音叉靠近,其中一个振动发声时,另一个也会发声。在电学中,振荡电路的共振现象称为“谐振”。

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。

宇宙间的共振

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。

生物体内的共振

人除了呼吸、心跳、血液循环等都有其固有频率外,人的大脑进行思维活动时产生的脑电波也会发生共振现象。类似的共振现象在其它动物身上也同样普遍地存在着。我们喉咙间发出的每个颤动,都是因为与空气产生了共振,才形成了一个个音节,构成一句句语言,才能使我们能够用这些语言来表达我们的情感和进行社会交往。

许多动物身上还存在着其它一些形式的共振现象。炎热的午间,蝉儿发出的“知了、知了”声;宁静的夜晚,蟋蟀发出的“叽—嘶”声;还有不知疲倦的大肚子蝈蝈的鸣叫声,尽管这些昆虫的声调大不相同,但其中的共同之处都是借助了共振的原理,都是靠摩擦身体的某一部位与空气产生共鸣而发声。除了昆虫之外,鸟类也是巧妙地运用着共振来演奏生命之曲的大师,它们运用共振所发出的圆润婉转的鸣叫声,是自然界生命大合唱中最为优美的声部和旋律。因此,可以这么说,如果没有共振,世界将会失去多少天籁、大地将会变得多么死寂!

作用

共振能充当地球生物的保护神。我们知道,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,保证我们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,把我们所看到的每一件物体都神奇地染上了颜色,使我们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。红苹果把太阳光中我们称为蓝光和绿光的振动频率吸收了,因此我们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我们的眼里,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。因此,我们的生活中有着如此美丽迷人的花红柳绿、斑斓烂漫,也无不是拜共振之所赐。

相关资料

我们都知道,宇宙是在一次剧烈的大爆炸后产生的。而促使这次大爆炸产生的根本原因之一,便是共振。当宇宙还处于浑沌的奇点时,里面就开始产生了振荡。最初的时候,这种荡振是非常微弱的。渐渐地,振荡的频率越来越高、越来越强,并引起了共振。最后,在共振和膨胀的共同作用下,导致了一阵惊天动地的轰然巨响,宇宙在瞬间急剧膨胀、扩张,然后,就产生了日月星辰,于是,在地球上便有了日月经天、江河行地,也有了植物蓬勃葳蕤、动物飞翔腾跃。

共振不仅创造出了宏观的宇宙,而且,微观物质世界的产生,也与共振有着密不可分的干系。从电磁波谱看,微观世界中的原子核、电子、光子等物质运动的能量都是以波动的形式传递的。宇宙诞生初期的化学元素,也可以说是通过共振合成和产生的。有一些粒子微小到简直无法想象,但它们可以在共振的作用之下,在100万亿分之一秒的瞬间,互相结合起来,于是新的化学元素便产生了。因为宇宙中这些粒子的生成与共振有着如此密切的关系,所以粒子物理学家经常把粒子称为“共振体”。

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