共振的原理是什么?
自然界中有很多共振现象,比如乐器的声学共振,太阳系中一些木质行星的卫星之间的轨道共振,动物耳朵中基膜的共振,电路的共振。人类也在他们的技术中使用或试图避免共振。
一般来说,一个系统(无论是机械的、声学的还是电子的)都有多个共振频率,在这些频率上很容易振动,在其他频率上很难振动。我们经常研究低频系统频率。
如果引起振动的频率是复杂的(例如冲击或宽带振动),系统通常会“挑选”出其共振频率以此频率振动,事实上,系统会过滤掉其他频率。
振荡强度是振幅的平方。物理学家一般称这个公式为洛伦兹分布,它出现在许多与共振相关的物理系统中。它也是一个与振荡器阻尼有关的系数。一般来说,高阻尼的系统具有相对较宽的谐振频带,也称为带宽。
扩展数据:
所有的振动都必须以位移来表现,其背后必须是能量的流动。共振之所以威力巨大,根本原因是共振使外力直接作用于分子、原子层面(或其他某种特定层面),不断吸收能量,使其在小范围内剧烈运动。
如果外界频率与固有频率不一致,那么外力作用于整个物体,但如果与固有频率一致,作用物体将直接变成分子和原子,共振将破坏粒子间的统一性,使其相互对抗,导致整个系统瞬间崩塌。
从单摆的宏观振动系统来看,如果外力的步调和单摆的固有频率相同(比如当单摆运动到最高点时,总是给单摆一个斜向下的力),那么单摆就会不断地吸收外界能量。外界的能量每次都会被完全吸收,钟摆不会向外界输出任何能量,所以钟摆本身的能量会急剧增加。
如果外力的节奏与钟摆的节奏不一致,上一次吸收的能量可能会被下一次的外力抵消,钟摆本身的引力势能也会不时被外力抵消,使得钟摆本身的能量始终保持在一个波动的水平,峰值不会太高,能量反复吸收、丢失、吸收、丢失。
简而言之,共振的力量在于,外力以最精确的方式(或节奏)作用于一个物体的最微观层面(或特定层面),使这个层面的物体的每一个基本单元(如钟摆、原子、分子)像癌细胞一样不断吸收能量,然后剧烈位移,最后在这个层面产生巨大的破坏。
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。
参考资料:
百度百科-共鸣