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1、共振现象及其应用第1页，共46页，编辑于2022年，星期五目目 录录五五 共振的防止共振的防止四四 共振的利用共振的利用三三 共振的危害共振的危害二二 共振的条件共振的条件一一 共振的现象共振的现象第2页，共46页，编辑于2022年，星期五唐朝时，洛阳有个和尚喜欢弹拨乐器，唐朝时，洛阳有个和尚喜欢弹拨乐器，他的房间里放着一种乐器他的房间里放着一种乐器磬磬.奇怪的是，奇怪的是，静静的磬经常自鸣自响，无缘无故地发出静静的磬经常自鸣自响，无缘无故地发出嗡嗡的声音嗡嗡的声音.和尚的心病和尚的心病一一 共振的现象共振的现象第3页，共46页，编辑于2022年，星期五磬无故而鸣，使和尚大为惊奇，渐磬无故而鸣
2、，使和尚大为惊奇，渐渐由惊而疑，由疑而怯，一听到磬发出渐由惊而疑，由疑而怯，一听到磬发出声音，就坐卧不安，心惊肉跳，以为是声音，就坐卧不安，心惊肉跳，以为是妖孽作怪，结果忧虑成疾，病倒在床妖孽作怪，结果忧虑成疾，病倒在床.一一 共振的现象共振的现象第4页，共46页，编辑于2022年，星期五 一天，和尚向前来探望他的朋友一天，和尚向前来探望他的朋友诉说了内心的忧虑诉说了内心的忧虑.正在说话时，寺院正在说话时，寺院里的钟声响了，说来奇怪，磬也发出里的钟声响了，说来奇怪，磬也发出了嗡嗡的响声了嗡嗡的响声.一一 共振的现象共振的现象第5页，共46页，编辑于2022年，星期五 和尚的朋友明白了原由，悄悄
3、用和尚的朋友明白了原由，悄悄用钢锉在磬上锉了几处钢锉在磬上锉了几处.从此之后，磬从此之后，磬再也不会无故发声了再也不会无故发声了.和尚以为妖怪和尚以为妖怪已被赶走，心事顿消，病也不治而愈已被赶走，心事顿消，病也不治而愈.一一 共振的现象共振的现象第6页，共46页，编辑于2022年，星期五 磬为什么会不敲自鸣呢？这是磬为什么会不敲自鸣呢？这是共振共振引起的引起的一种现象一种现象.当一物体的振动频率与另一物体的当一物体的振动频率与另一物体的固有频率一致时，前者的振动能引发后者的振固有频率一致时，前者的振动能引发后者的振动动.磬的频率偶然地和钟的频率一样，因此每磬的频率偶然地和钟的频率一样，因此每当
4、钟响时当钟响时,磬也因共振而发出嗡嗡之声磬也因共振而发出嗡嗡之声.一一 共振的现象共振的现象第7页，共46页，编辑于2022年，星期五 显然，和尚的朋友深通物理知识，他不仅显然，和尚的朋友深通物理知识，他不仅知道这是一种共振现象，而且知道如何消除这知道这是一种共振现象，而且知道如何消除这种现象种现象.他巧妙地在磬上锉了几下，这就改变他巧妙地在磬上锉了几下，这就改变了磬的固有频率，使磬与钟的频率不再一样，了磬的固有频率，使磬与钟的频率不再一样，也就引也就引不起共鸣了不起共鸣了.一一 共振的现象共振的现象第8页，共46页，编辑于2022年，星期五 秋千是个摆，有它的固有频率秋千是个摆，有它的固有频
5、率.轻推一轻推一下使秋千微微摆动起来以后，只要按它的固下使秋千微微摆动起来以后，只要按它的固有频率周期性地施加推力，每当它往前摆时有频率周期性地施加推力，每当它往前摆时轻轻推它一下，尽管每次的推力都很小，经轻轻推它一下，尽管每次的推力都很小，经过一段时间，秋千也会荡得很高，即发生了过一段时间，秋千也会荡得很高，即发生了共振共振.荡秋千荡秋千一一 共振的现象共振的现象第9页，共46页，编辑于2022年，星期五 木马的摆动也是如此木马的摆动也是如此.每当它往下摆时轻轻压它每当它往下摆时轻轻压它一下，尽管每次的压力都一下，尽管每次的压力都很小，经过一段时间，木很小，经过一段时间，木马也会摆得很高马也
6、会摆得很高.骑木马骑木马一一 共振的现象共振的现象第10页，共46页，编辑于2022年，星期五 系统在周期性外力系统在周期性外力(强迫力强迫力)作用下作用下发生受迫振动发生受迫振动.在受迫振动时，如果在受迫振动时，如果外力外力的频率跟系统的固有振动频率接近或相的频率跟系统的固有振动频率接近或相等等时，受迫振动达极大值，这种现象叫做共时，受迫振动达极大值，这种现象叫做共振振.二二 共振的条件共振的条件 条件条件第11页，共46页，编辑于2022年，星期五A 振幅共振振幅共振无阻尼无阻尼小阻尼小阻尼大阻尼大阻尼A 0 受迫振动位移受迫振动位移振幅达极大值振幅达极大值.条件条件：分类分类二二 共振的
7、条件共振的条件O第12页，共46页，编辑于2022年，星期五受迫振动速度振受迫振动速度振幅达极大值幅达极大值.无阻尼无阻尼小阻尼小阻尼大阻尼大阻尼v 0 B 速度共振速度共振条件：条件：二二 共振的条件共振的条件O第13页，共46页，编辑于2022年，星期五 周期性的驱动力跟振动周期性的驱动力跟振动“合拍合拍”时，每时，每次驱动力都跟物体的速度方向一致，驱动力次驱动力都跟物体的速度方向一致，驱动力做的都是正功，故振幅越来越大，能量也越做的都是正功，故振幅越来越大，能量也越来越大来越大.当驱动力不与振动当驱动力不与振动“合拍合拍”时，它做时，它做的一部分是负功，振动系统所得能量要少，的一部分是负
8、功，振动系统所得能量要少，引不起共振引不起共振.原因原因二二 共振的条件共振的条件第14页，共46页，编辑于2022年，星期五三三 共振的危害共振的危害桥梁桥梁倒塌倒塌雪雪 崩崩机器机器损坏损坏翻翻 船船共振危害共振危害案例案例 第15页，共46页，编辑于2022年，星期五 200 200年前，拿破仑率领法军入侵西班牙年前，拿破仑率领法军入侵西班牙.有一天，法国一队威武的士兵迈着整齐的有一天，法国一队威武的士兵迈着整齐的步伐通过一座铁链悬桥步伐通过一座铁链悬桥.没想到，行到桥中没想到，行到桥中间时，突然惊天动地一声巨响，铁桥从中间时，突然惊天动地一声巨响，铁桥从中断裂，掉落河中，士兵们也纷纷坠
9、入急流断裂，掉落河中，士兵们也纷纷坠入急流.桥梁倒塌桥梁倒塌三三 共振的危害共振的危害第16页，共46页，编辑于2022年，星期五 1906 1906年的一天，一队俄国骑兵齐步通过年的一天，一队俄国骑兵齐步通过彼得堡封塔克河上的爱纪毕特桥，突然大桥彼得堡封塔克河上的爱纪毕特桥，突然大桥断裂断裂.原来是士兵们整步走的频率与桥的频原来是士兵们整步走的频率与桥的频率一致，引起了桥的共振率一致，引起了桥的共振.三三 共振的危害共振的危害第17页，共46页，编辑于2022年，星期五 自从揭示了毁桥的原因后，各国军队自从揭示了毁桥的原因后，各国军队规定，过桥时不用整齐的步伐走，而用不规定，过桥时不用整齐的
10、步伐走，而用不整齐的碎步走，以避免共振的发生整齐的碎步走，以避免共振的发生.三三 共振的危害共振的危害第18页，共46页，编辑于2022年，星期五美国美国Tacoma大大桥倒塌前桥倒塌前三三 共振的危害共振的危害第19页，共46页，编辑于2022年，星期五Tacoma大大桥倒塌时桥倒塌时三三 共振的危害共振的危害第20页，共46页，编辑于2022年，星期五Tacoma大大桥倒塌后桥倒塌后三三 共振的危害共振的危害第21页，共46页，编辑于2022年，星期五Tacoma大大桥倒塌后桥倒塌后三三 共振的危害共振的危害第22页，共46页，编辑于2022年，星期五 在冰山雪峰间，动物的在冰山雪峰间，动
11、物的吼叫声引起空气的振动吼叫声引起空气的振动,当频当频率等于雪层中某一部分的固率等于雪层中某一部分的固有振动频率时有振动频率时,会发生共振会发生共振,形成雪崩形成雪崩,因此因此,登山队员严登山队员严禁高声说话禁高声说话.雪雪 崩崩三三 共振的危害共振的危害第23页，共46页，编辑于2022年，星期五翻翻 船船 轮船在航轮船在航行时，会受到行时，会受到周期性的波浪周期性的波浪冲击而左右摇冲击而左右摇摆摆.三三 共振的危害共振的危害第24页，共46页，编辑于2022年，星期五 如果波浪冲如果波浪冲击力的频率与轮击力的频率与轮船的固有频率相船的固有频率相同，就会发生共同，就会发生共振，摆幅增大，振，
12、摆幅增大，甚至可以使船倾甚至可以使船倾覆覆.三三 共振的危害共振的危害第25页，共46页，编辑于2022年，星期五 这时可以这时可以改变船的航向改变船的航向和速度，使波和速度，使波浪冲击的频率浪冲击的频率远离船的固有远离船的固有频率频率.三三 共振的危害共振的危害第26页，共46页，编辑于2022年，星期五 机器在工作时由于零部件的运动机器在工作时由于零部件的运动(如活塞轴的转动如活塞轴的转动),),也会产生周期性的也会产生周期性的策动力，使机器策动力，使机器因共振而受到损坏因共振而受到损坏.机器损坏机器损坏三三 共振的危害共振的危害第27页，共46页，编辑于2022年，星期五 为了避免共振，
13、设计时要注意机为了避免共振，设计时要注意机器的转速，使机器的器的转速，使机器的固有频率不与策动固有频率不与策动力的频率接近力的频率接近.三三 共振的危害共振的危害第28页，共46页，编辑于2022年，星期五 在厂房、桥梁等在厂房、桥梁等建筑物的设计时，也建筑物的设计时，也要考虑到共振的因素要考虑到共振的因素而尽量设法避免共振而尽量设法避免共振.三三 共振的危害共振的危害第29页，共46页，编辑于2022年，星期五 共振现象具有两重性共振现象具有两重性.我们既要防止共我们既要防止共振给工农业生产和人民生活带来危害又要利振给工农业生产和人民生活带来危害又要利用共振现象为人类造福用共振现象为人类造福
14、.四四 共振的利用共振的利用第30页，共46页，编辑于2022年，星期五乐器的乐器的共鸣共鸣箱箱电磁电磁共振共振共振法共振法打桩打桩共振利用共振利用案例案例 共振武器共振武器四四 共振的利用共振的利用第31页，共46页，编辑于2022年，星期五 钢琴钢琴 提琴提琴 二胡等二胡等乐器的木制琴身乐器的木制琴身,就是利就是利用了共振现象使其成为用了共振现象使其成为一共鸣箱一共鸣箱(盒盒),),将优美悦将优美悦耳的音乐发送出去耳的音乐发送出去,以提以提高音响效果高音响效果.乐器的共鸣箱乐器的共鸣箱四四 共振的利用共振的利用 第32页，共46页，编辑于2022年，星期五 电磁共振在生活与生产中都有很多的
15、电磁共振在生活与生产中都有很多的应用，特别是在无线电技术中应用，特别是在无线电技术中.收音机的调谐装置就是利用了电磁收音机的调谐装置就是利用了电磁共振现象，以接受某一共振现象，以接受某一频率的电台广播频率的电台广播.电磁共振电磁共振四四 共振的利用共振的利用第33页，共46页，编辑于2022年，星期五LC调谐电路调谐电路谐振频率谐振频率四四 共振的利用共振的利用第34页，共46页，编辑于2022年，星期五 在修建桥梁时需要把管柱插入江底作为在修建桥梁时需要把管柱插入江底作为基础基础,如果使打桩机打击管柱的频率跟管柱的如果使打桩机打击管柱的频率跟管柱的固有频率一致固有频率一致,管柱就会发生共振而
16、激烈振动管柱就会发生共振而激烈振动,使周围的泥沙松动使周围的泥沙松动,管柱就较容易克服泥沙的管柱就较容易克服泥沙的阻力阻力,下插到江底下插到江底.共振法打桩共振法打桩四四 共振的利用共振的利用第35页，共46页，编辑于2022年，星期五 国外正在研制一种武器国外正在研制一种武器,它不用子它不用子弹、炮弹弹、炮弹,也不用激光也不用激光,而是以声波作而是以声波作“子弹子弹”来杀伤敌人来杀伤敌人,这就是次声武器这就是次声武器.共振武器共振武器四四 共振的利用共振的利用第36页，共46页，编辑于2022年，星期五 当次声武器发出的次声波频率同当次声武器发出的次声波频率同人体肌肉、内脏器官的固有振荡频率
17、人体肌肉、内脏器官的固有振荡频率吻合时吻合时,能引起肌肉及内脏器官的共振能引起肌肉及内脏器官的共振,使人的五脏六腑破裂使人的五脏六腑破裂,导致死亡导致死亡.四四 共振的利用共振的利用第37页，共46页，编辑于2022年，星期五 破坏外力的周期性破坏外力的周期性 改变物体的固有频率改变物体的固有频率 改变外力的频率改变外力的频率 增大系统的阻尼增大系统的阻尼基本方法基本方法:五五 共振的防止共振的防止第38页，共46页，编辑于2022年，星期五 在需要利用共振的时候，在需要利用共振的时候，应该使驱动力的频率接近或应该使驱动力的频率接近或等于振动物体的固有频率等于振动物体的固有频率.在在需要防止共
18、振危害的时候，需要防止共振危害的时候，要想办法使驱动力的频率和要想办法使驱动力的频率和固有频率不相等，而且相差固有频率不相等，而且相差的越多越好的越多越好.五五 共振的防止共振的防止第39页，共46页，编辑于2022年，星期五 例如，播音室对隔音要求很高，常例如，播音室对隔音要求很高，常用加厚地板、墙壁的办法，使它的固有用加厚地板、墙壁的办法，使它的固有频率和声音的频率相差很多，从而使声频率和声音的频率相差很多，从而使声音的振动不会引起墙壁和地板的共振音的振动不会引起墙壁和地板的共振.五五 共振的防止共振的防止第40页，共46页，编辑于2022年，星期五 又如，电动机要安装在水泥浇注的地基又如
19、，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上，与大地牢牢相连，或要安装在很重的底盘上，为的是改变基础部分的固有频率，以盘上，为的是改变基础部分的固有频率，以增大与电机的振动频率增大与电机的振动频率(策动力频率策动力频率)之差来之差来防止基础的振动防止基础的振动.五五 共振的防止共振的防止第41页，共46页，编辑于2022年，星期五 还可以从控制策动力的频率大小来防止共还可以从控制策动力的频率大小来防止共振振.如造电动机、风扇时，都尽量使之质量分如造电动机、风扇时，都尽量使之质量分布均匀，尽量使布均匀，尽量使其重心落在轴心上，以减小其重心落在轴心上，以减小共振带来的危害
20、共振带来的危害.五五 共振的防止共振的防止第42页，共46页，编辑于2022年，星期五汽车的减振系统示意图汽车的减振系统示意图五五 共振的防止共振的防止车车 身身轮轴轮轴轮轴轮轴座位座位轮胎轮胎底座弹簧底座弹簧座椅弹簧座椅弹簧路面路面第43页，共46页，编辑于2022年，星期五活塞活塞气垫台的减振原理图气垫台的减振原理图气体地面地面平平 台台五五 共振的防止共振的防止第44页，共46页，编辑于2022年，星期五弹簧减振器弹簧减振器 五五 共振的防止共振的防止第45页，共46页，编辑于2022年，星期五1 程守洙程守洙,江之永江之永.普通物理学普通物理学.第五版第五版.北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社,19982 马文蔚马文蔚.物理学物理学.第四版第四版.北京：高等教育北京：高等教育出版社出版社,1998主要参考文献主要参考文献第46页，共46页，编辑于2022年，星期五