共振頻率

共振頻率

物理學術語
共振頻率是指一個物理系統在特定頻率下,能夠以一個比其他頻率更大的增幅做振動的情形,一個系統可能擁有多個共振頻率。世間萬物都是由粒子構成的,它們都可以振動,理論上來說,所有物質都可以擁有共振頻率。特斯拉在1889年的時候,就找到了地球的共振頻率,數值接近于8赫茲。
    中文名:共振頻率 外文名:Resonant frequency 别名:

定義

共振所說的就是在穩定頻率環境内,出現與其他頻率振幅相比較大的振動情況。此特定頻率的振動就是共振頻率。一般來說一個系統(不管是力學的、熱學的還是電子的)有多個共振頻率,在這些頻率上振動比較容易,在其它頻率上振動比較困難。假如引起振動的頻率比較複雜的話(比如是一個沖擊或者是一個寬頻振動)一個系統一般會“挑出”其共振頻率随此頻率振動,事實上一個系統會将其它頻率過濾掉。

本質

一切的振動其表現形式必然是位移,其背後則必然是能量的流動。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、原子層次(或者某個其他的特定層次),并不斷的吸收能量,使其發生小範圍的劇烈位移。如果外界的頻率與固有頻率不一緻,那麼外力的作用對象就是整個物體,但是如果與固有頻率一緻,那作用對象就直接變成了一個個的分子、原子,共振破壞了粒子之間的團結,使之互相内鬥,結果就使整個系統瞬間崩潰。

從鐘擺這個宏觀的振動系統來看,如果外力的步調和鐘擺的固有頻率相同(比如總是在鐘擺運動到最高點時,給予鐘擺一個斜向下的力),那鐘擺就會不斷的吸收外界的能量。外界能量每一次都會被完全吸收,并且鐘擺不向外界輸出任何能量,這樣鐘擺本身所具有的能量就會急劇增加。如果外力的步調與鐘擺不一緻,那麼上一次吸收的能量,下一次可能就被外力抵消掉,鐘擺本身的重力勢能也會被外力不時的抵消掉,這就使鐘擺本身所具有的能量總是保持在一個波動的水平,并且峰值不會太高,能量在反複的吸收、散失、吸收、散失。

簡言之,共振的威力就在于外力以最精準的方式(或者說節奏)作用于物體最微觀的層次(或者說特定的層次),使物體在該層次的每個基本單元(比如鐘擺、原子、分子)像癌細胞一樣不斷吸收能量,進而發生劇烈位移,并最終在該層次産生極大的破壞作用。

共振的過程類似于一個強烈的正反饋過程,可以使系統在短時間内劇烈膨脹。

應用

産生共振的重要條件之一,就是要有彈性,而且一件物體受外來的頻率作用時,它的頻率要與後者的頻率相同或基本相近。從總體上來看,這宇宙的大多數物質是有彈性的,大到行星小到原子,幾乎都能以一個或多個固有頻率來振動。

共振不僅在物理學上運用頻率非常高,而且,共振現象也可以說是一種宇宙間最普遍和最頻繁的自然現象之一,所以在某種程度上甚至可以這麼說,是共振産生了宇宙和世間萬物,沒有共振就沒有世界。共振現象在生活中也被廣泛應用,蕩秋千暫且不論,人們眼睛看到的一切事物,都是根據共振原理而接受信号的。

作用

共振能充當地球生物的保護神。人們知道,紫外線是太陽發出的一種射線,它們如果大舉入侵地球,人類及各種生物勢必遭受極大的危害,因為過量的紫外線會使生物的機能遭到嚴重的破壞。不過不用擔心,我們有大氣層中的臭氧層,是它們借助于共振的威力,阻止了紫外線的長驅直入。當紫外線經過大氣層時,臭氧層的振動頻率恰恰能與紫外線産生共振,因而就使這種振動吸收了大部分的紫外線。所以,共振能使大氣中的臭氧層變得如防曬油一樣,保證人類不至于被射線的傷害。

另外,共振還能使地球維持在适當的溫度,給地球生命創造出一個冷熱适宜的生長環境。因為雖然經過臭氧層的堵截圍追,但仍有少部分紫外線能夠成功地突破層層防線,到達地球表面。這部分紫外線經過地球吸收後,能量減少,變為紅外線,擴散回大氣中。而紅外線的熱量,又恰好能和二氧化碳産生共振,然後被“挽留”在大氣層中,使大氣層保有一定溫度,讓萬物在溫暖和煦的環境中孕育成長。

俗話說萬物生長靠太陽,其實也可以這麼說:萬物生長靠共振。因為我們所熟知的植物的光合作用,亦是葉綠素與某些可見光共振,才能吸收陽光,産生氧氣與養分。所以沒有共振,植物便不能生長,人類和許多動物也就因此會失去了食物的來源。也就是說,沒有共振,地球上的生命便不能長期存在。

共振還是一個善于使用色彩和色調的魔幻繪畫師,把人類所看到的每一件物體都神奇地染上了顔色,使這個世界變得五彩斑斓、豔麗缤紛。鈉光是黃的,因為鈉原子的振動産生所産生的是黃色的光。水銀原子的振動發出藍光。氖原子送出的振動到了你眼中,就成為了紅色。在地面,共振也把所有的物體都染上了各式各樣的顔色,從花卉到水果。紅蘋果把太陽光中人們稱為藍光和綠光的振動頻率吸收了,因此人類看到的它就是紅豔豔的、令人饞涎欲滴的樣子。綠葉中的葉綠素分子的振動頻率在太陽的紅光及藍光範圍,所以共振把這兩種顔色都“貪污”了,而隻把綠的顔色反射入人類的眼裡,因此樹葉看上去便是生機盎然濃綠或嫩綠。也是這同一片葉子,到了秋天的時候,它被共振所“貪污”的卻是綠光,因而這時反射出的是或黃或紅的色彩,映襯出秋天的蒼涼和凄美。就是那種很虛幻的彩虹也是因為有了共振,才有了赤橙黃綠青藍紫。生活中才有着如此美麗迷人的花紅柳綠、斑斓爛漫,無不是拜共振之所賜。

預防方法

人類對付共振危害的方法是多種多樣和更加先進。例如:人們在電影院、播音室等對隔音要求很高的地方,常常采用加裝一些海綿、塑料泡沫或布簾的辦法,使聲音的頻率在碰到這些柔軟的物體時,不能與它們産生共振,而是被它們吸收掉。又如電動機要安裝在水泥澆注的地基上,與大地牢牢相連,或要安裝在很重的底盤上,為的是使基礎部分的固有頻率增加,以增大與電機的振動頻率(驅動力頻率)之差來防止基礎的振動。

大街上的行人、車輛的喧鬧聲、機器的隆隆聲——這些連綿不斷的噪聲不僅影響人們正常生活,還會損害人的聽力。于是人們發明了一種消聲器,它是由開有許多小孔的孔闆和空腔所構成,當傳來的噪聲頻率與消聲器的固有頻率相同時,就會跟小孔内空氣柱産生劇烈共振。這樣,相當一部分噪聲能在共振時被“吞吃”掉,而且還能夠轉變為熱能來進行使用。

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