共振的危害和應(yīng)用

陸中興

古希臘的學(xué)者阿基米德曾豪情萬丈地宣稱：給我一個(gè)支點(diǎn)，我能撬動(dòng)地球。而現(xiàn)代的美國(guó)發(fā)明家特斯拉更是“牛氣”，他說：用一件共振器，我就能把地球一裂為二!

他來到華爾街，爬上一座尚未竣工的鋼骨結(jié)構(gòu)樓房，從大衣口袋里掏出一件小物品，把它夾在其中一根鋼梁上，然后按動(dòng)上面的一個(gè)小鈕。數(shù)分鐘后，可以感覺到這根鋼梁在顫抖。慢慢地，顫抖的強(qiáng)度開始增加，延伸到整座樓房。最后，整個(gè)鋼骨結(jié)構(gòu)開始吱吱嘎嘎地發(fā)出響聲，并且搖擺晃動(dòng)起來。驚恐萬狀的鋼架工人以為建筑出現(xiàn)了問題，甚至是鬧地震了，于是紛紛慌忙地從高架上逃到地面。眼見事情越鬧越大，他覺得這個(gè)惡作劇該收?qǐng)隽?，于是，把那件小物品收了回來，然后從一個(gè)地下通道悄悄地溜開了，留下工地上的那些驚魂未定、莫名其妙的工人。

上面這一段是一本書中有關(guān)美國(guó)著名發(fā)明家特斯拉進(jìn)行共振器發(fā)明的描寫，里面所說的“小物品”便是一個(gè)共振器?？梢灶A(yù)見，若是他把這個(gè)小物品再開上那么十來分鐘，這座建筑物準(zhǔn)會(huì)轟然倒地。這件共振器的威力主要在于它能發(fā)出各種頻率的波，這些不同頻率的波作用于不同的物體，就能夠相應(yīng)地產(chǎn)生出一種共振波，當(dāng)這種共振波達(dá)到一定程度時(shí)，就能使物體被摧毀。

共振是物理學(xué)上的一個(gè)運(yùn)用頻率非常高的專業(yè)術(shù)語。共振的定義是驅(qū)動(dòng)力的頻率接近物體的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅增大的現(xiàn)象。

說到共振的危害時(shí)，人們最為熟知和引用得最多的，便是下面這個(gè)例子：1831年，一隊(duì)騎兵通過曼徹斯特附近的一座便橋時(shí)，由于馬蹄運(yùn)動(dòng)節(jié)奏比較一致，使橋發(fā)生共振而斷裂。對(duì)于橋梁來說，不光是大隊(duì)人馬厚重整齊的腳步能使之?dāng)嗔眩切┛此茻o物的風(fēng)兒同樣也能對(duì)之造成威脅。

實(shí)際上，共振的危害程度和范圍還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此。持續(xù)發(fā)出的某種頻率的聲音會(huì)使玻璃杯破碎。機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)可以因共振而損壞機(jī)座。高山上的一聲大喊，可引起山頂?shù)姆e雪的共振，頃刻之間造成一場(chǎng)大雪崩。行駛著的汽車，如果輪轉(zhuǎn)周期正好與彈簧的固有節(jié)奏同步，所產(chǎn)生的共振就能導(dǎo)致汽車失去控制，從而造成車毀人亡……

人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)中會(huì)接觸到各種振動(dòng)源，這些振動(dòng)都可能會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。由科學(xué)測(cè)試知道人體各部位有不同的固有頻率，如眼球的固有頻率最大約為60赫茲，顱骨的固有頻率最大約為200赫茲等。把人體作為一個(gè)整體來看，如水平方向的固有頻率為3～6赫茲，豎直方向的固有頻率約為48赫茲。因此，跟振動(dòng)源十分接近的操作人員，如拖拉機(jī)駕駛員，風(fēng)鎬、風(fēng)鏟、電鋸的操作工，在工作時(shí)應(yīng)盡量避免這些振動(dòng)源的頻率與人體有關(guān)部位的固有頻率產(chǎn)生共振。

中國(guó)人對(duì)于共振的運(yùn)用，還可以追溯到很久遠(yuǎn)的年代。早在戰(zhàn)國(guó)初期，當(dāng)時(shí)的人就發(fā)明了各種各樣的共鳴器，用來偵探敵情。到了現(xiàn)代，隨著科技的發(fā)展和對(duì)共振研究的更加深入，共振在我們的社會(huì)和生活中“震蕩”得更為頻繁和緊密了。

弦樂器中的共鳴箱、無線電中的電諧振等，就是使系統(tǒng)固有頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率相同，發(fā)生共振。我們?cè)诮ㄖさ亟?jīng)常可以看到，建筑工人在澆灌混凝土的墻壁或地板時(shí)，為了提高質(zhì)量，總是一面灌混凝土，一面用振蕩器進(jìn)行振蕩，使混凝土之間由于振蕩的作用而變得更緊密、更結(jié)實(shí)。此外，粉碎機(jī)、測(cè)振儀、電振泵、測(cè)速儀等，也都是利用共振現(xiàn)象進(jìn)行工作的。

人的一生中，離不開音樂的“沐浴”和“滋潤(rùn)”，而優(yōu)美曼妙的音樂里也無不蘊(yùn)藏著共振的“精靈”。專家研究認(rèn)為，音樂的頻率、節(jié)奏和有規(guī)律的聲波振動(dòng)，是一種物理能量，而適度的物理能量會(huì)引起人體組織細(xì)胞發(fā)生和諧共振現(xiàn)象，這種聲波引起的共振現(xiàn)象，會(huì)直接影響人們的腦電波、心率、呼吸節(jié)奏等，使細(xì)胞體產(chǎn)生輕度共振，使人有一種舒適、安逸感，音律的變化使人的身體有一種充實(shí)、流暢的感覺。它活化了體內(nèi)的細(xì)胞，加快了血液的流動(dòng)，激活了人的物理層次的生命潛能。所以，人們已經(jīng)開始運(yùn)用音樂產(chǎn)生的共振，來緩解人們由于各種因素造成的緊張、焦慮、憂郁等不良心理狀態(tài)，而且還能用于治療人的一些心理和生理上的疾病。

總而言之，共振不僅是一種客觀存在，它也是有待于進(jìn)一步開拓的科技領(lǐng)域。共振技術(shù)普遍應(yīng)用于機(jī)械、化學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)及分子、原子物理學(xué)、工程技術(shù)等幾乎所有的科技領(lǐng)域。如音響設(shè)備中揚(yáng)聲器紙盆的振動(dòng)，各種弦樂器中音腔在共鳴箱中的振動(dòng)等利用了“力學(xué)共振”；電磁波的接收和發(fā)射利用了“電磁共振”；激光的產(chǎn)生利用了“光學(xué)共振”；醫(yī)療技術(shù)中則有已經(jīng)非常普及的“核磁共振”等。在21世紀(jì)開始的正在蓬勃發(fā)展的信息技術(shù)、基因科學(xué)、納米材料、航天高科學(xué)技術(shù)大發(fā)展的浪潮中，更是大量運(yùn)用到共振技術(shù)。而且隨著科學(xué)的發(fā)展，可以預(yù)見，共振將會(huì)對(duì)我們這個(gè)社會(huì)產(chǎn)生更加巨大的“震蕩”。

(責(zé)任編輯任林茂)