生活中的共振现象

2022-2-171生活中的共振现象生活中的共振现象怀柔区第二中学高一（8）班山 佳2022-2-172任务任务 根据老师布置的任务，我们小组准备研究的问题是： 生活中的共振现象2022-2-173共振是共同振动吗？共振是共同振动吗？问题肯定没那么简单！问题肯定没那么简单！ 我们决定：我们决定：先向教科书学习先向教科书学习 我们首先复习了机械振动的知识我们首先复习了机械振动的知识 我们又研究了课本上后边的内容我们又研究了课本上后边的内容2022-2-174我们明白了我们明白了- 机械振动可以分为： 自由振动 受迫振动 在此以前我们知道的振动是自由振动。2022-2-175我们学到了新的知识我们学到了新的知识- 受迫振动受迫振动书上说：书上说：受迫振动，就是物体在受迫振动，就是物体在周期性外力作用下的振动。周期性外力作用下的振动。还说：还说：这个周期性外力叫策动力。这个周期性外力叫策动力。2022-2-176 虽然有些抽象，但从下面我们举虽然有些抽象，但从下面我们举出的实际例子，您能看出我们已经有出的实际例子，您能看出我们已经有些明白了：些明白了： 跳水运动员站在跳板一端上跳水运动员站在跳板一端上下颤动时，跳板的振动是受迫下颤动时，跳板的振动是受迫振动；振动； 运动员离开跳板跳下后，跳运动员离开跳板跳下后，跳板的振动是自由振动。板的振动是自由振动。2022-2-177动手实验动手实验 我们按照书上介绍的方法做了实验：我们按照书上介绍的方法做了实验： 组装成右边的装置；组装成右边的装置； 在一根绳子上栓好在一根绳子上栓好4个摆；个摆； 我们特别小心地其中的两我们特别小心地其中的两 个摆个摆1和和3做成等长；做成等长； 开始实验，我们认真观察：开始实验，我们认真观察： 我们把我们把3号摆号摆拉向前方，然拉向前方，然 后放开手让它振动。后放开手让它振动。 我们想看看另外三个摆会我们想看看另外三个摆会 怎样？怎样？14322022-2-178我们发现：我们发现： 3号摆振动几次后，号摆振动几次后，1、2、4号摆也被号摆也被带着振动起来；带着振动起来； 奇怪的是：奇怪的是：1号摆比另两个摆振动的幅号摆比另两个摆振动的幅度越来越大。度越来越大。 我们轮换做操作手，还是我们轮换做操作手，还是1号摆振幅最号摆振幅最大。大。 我们交换几个摆的位置重做，我们改变我们交换几个摆的位置重做，我们改变摆长重做，只是每次都保证摆长重做，只是每次都保证1、3号等长。号等长。 实验的结果没有改变实验的结果没有改变 ！2022-2-179我们思考：我们思考：这说明什么？这说明什么？ 我们从主从关系考虑：我们从主从关系考虑：3号摆是主号摆是主动的，动的，1、2、4号是被迫的。号是被迫的。 噢，用术语说吧，噢，用术语说吧， 1、2、4号是做号是做受迫振动，受迫振动，3号充当号充当“策动力策动力”的角的角色。色。我们分析：我们分析：根本原因是根本原因是1、3号的周号的周 期相同期相同 ！2022-2-1710我们终于得出结论：我们终于得出结论： 当受迫振动的固有周期与策动力的当受迫振动的固有周期与策动力的周期相等周期相等时，受迫振动的振幅最大。时，受迫振动的振幅最大。 对，这就是共振，对，这就是共振，1号摆发生了共振！号摆发生了共振！ 1、2、4号摆的周期也与号摆的周期也与3号摆周期相等，号摆周期相等，这说明：这说明：受迫振动的周期受迫振动的周期由策动力的由策动力的周期决定，周期决定，等于策动力周期等于策动力周期。2022-2-1711至此，我们理解共振曲线Af F固2022-2-1712我们访问了工人师傅我们访问了工人师傅了解到一件 共振机械震捣棒 建筑工地，工人师傅浇注水泥时建筑工地，工人师傅浇注水泥时用的用的“震捣棒震捣棒”就是根据共振的原就是根据共振的原理工作的。理工作的。2022-2-1713生活中的共振现象生活中的共振现象其实，共振现象就在我们身边：其实，共振现象就在我们身边： 家里的洗衣机，甩干桶在减速到停止的家里的洗衣机，甩干桶在减速到停止的过程中，总有一个时刻洗衣机振动得最过程中，总有一个时刻洗衣机振动得最厉害。是因为电机的转速等于洗衣机的厉害。是因为电机的转速等于洗衣机的固有频率固有频率正好满足了共振条件。正好满足了共振条件。2022-2-1714生活中的共振现象生活中的共振现象 当我们对着瓶口吹气时，可能吹不响。当我们对着瓶口吹气时，可能吹不响。 但我们有办法使它发出但我们有办法使它发出“呜、呜呜、呜”的的响声响声只要吹气的力度、角度、口型最只要吹气的力度、角度、口型最合适！合适！ 各种管乐器都是利用这个原理来发音的。各种管乐器都是利用这个原理来发音的。 我看到一个广告：歌剧演员使劲唱较高我看到一个广告：歌剧演员使劲唱较高的声音时，能把喝香槟的小酒杯振裂！的声音时，能把喝香槟的小酒杯振裂！ 2022-2-1715你看过电影你看过电影地道战地道战吗？吗？ “在地上埋上一口大缸，听听地下在地上埋上一口大缸，听听地下有没有挖地道的声音！有没有挖地道的声音！” 现在你明白这句台词的原理了吧？现在你明白这句台词的原理了吧？2022-2-1716我们从网上查到我们从网上查到一件与共振有关的灾难一件与共振有关的灾难 塔科马港吊桥的倒塌塔科马港吊桥的倒塌 在建造过程中，这座桥就开始发生了振荡在建造过程中，这座桥就开始发生了振荡，实际上，该建筑物的链波运动曾使建筑工，实际上，该建筑物的链波运动曾使建筑工人们患晕船病。在桥通行后，链波运动非常人们患晕船病。在桥通行后，链波运动非常强烈，因而汽车驾驶员在数英里外就会因为强烈，因而汽车驾驶员在数英里外就会因为即将上桥而紧张。在白天，当桥的振荡达到即将上桥而紧张。在白天，当桥的振荡达到5英尺时，桥上的驾驶员们真的会从彼此的视英尺时，桥上的驾驶员们真的会从彼此的视野中消失。野中消失。 2022-2-1717在发生断裂的那一天，突然，链波运动停止在发生断裂的那一天，突然，链波运动停止了，瞬时间，桥开始猛烈的扭转振荡。当时了，瞬时间，桥开始猛烈的扭转振荡。当时在桥上有两个人，他们连滚带爬地逃走。一在桥上有两个人，他们连滚带爬地逃走。一名教授在试图援救遗弃在桥上的一条狗之后，名教授在试图援救遗弃在桥上的一条狗之后，只能沿着扭曲的节线后撤。扭转运动持续了只能沿着扭曲的节线后撤。扭转运动持续了30分钟之后，一块路面板从主桥上掉了下去。分钟之后，一块路面板从主桥上掉了下去。又过了又过了30分钟，掉下了另外分钟，掉下了另外600英尺长的桥面英尺长的桥面板其后，虽然扭动暂时停止片刻，但再次发板其后，虽然扭动暂时停止片刻，但再次发生，其余桥面在数分钟之内都掉了下去。生，其余桥面在数分钟之内都掉了下去。 2022-2-1718疑惑疑惑 怎样才能使一座桥的空气动力学怎样才能使一座桥的空气动力学方面的不稳定性减至最小？例如在方面的不稳定性减至最小？例如在两个对开的车道之间，设置一些纵两个对开的车道之间，设置一些纵向的间隙。为什么这样做有助于结向的间隙。为什么这样做有助于结构的稳定呢？构的稳定呢？2022-2-1719发现发现 作为策动力的3号摆摆动后，1号摆做受迫振动。因为满足共振条件， 1号摆振幅越来越大，这是毫无疑问的！ 但是以后的现象当两个摆的振幅相等之后， 1号摆的振幅还在增大，竟然大过了3号摆！？在我们看来，它无论如何不会大过3号摆！ 帮我们分析吧！312022-2-1720引用记录引用记录 生活中的物理学（美吉尔沃克 著 徐婉华、叶庆桐 译 科学普及出版社） 高中物理读本（人民教育出版社物理室编）2022-2-1721谢谢倾听谢谢倾听 欢迎指正！欢迎指正！