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從“鳴沙”現象談共振是怎樣的?

到了坐落在黃河邊上的寧夏鳴沙州,會發生這樣的現象:當人們爬上沙丘或從上面滑下來時,隨著沙粒的傾瀉,可以聽到清脆悅耳的聲音,像唱歌壹樣。

原來是由***振引起的。任何壹個物體都有壹個固有頻率,它的數值大小取決於物體的性質,如果在這個物體上加壹個周期性變化的外力,當外力的頻率等於物體的固有頻率時,物體就會發生劇烈的振動,這種現象即被稱為***振。

在日常生活中,當士兵、馬隊步伐整齊地過橋時,就會給橋施加壹個周期性變化的外力,如果其頻率等於或接近於橋的固有頻率,橋就會發生***振,振幅迅速增大,嚴重時會把橋震坍。歷史上曾發生過不少由此導致的悲劇。

除了人力的影響外,自然力產生的***振現象也是不可低估的。1940年美國的塔科瑪海峽有壹座長八百米、高幾十米的大橋突然莫名其妙地垮了,此橋的結構原是非常牢固的。事後科學家們分析了壹切可疑的地方,最後終於從氣象資料中找到了答案,破壞橋梁的罪魁禍首是風。其實那天風力並不大,但由於它吹壹陣歇壹陣交替地進行,這交替陣風的頻率正好與橋梁的固有頻率壹致,使橋在陣風的作用下發生了***振,最終導致橋被震垮。因此為了避免橋梁、船舶、飛機、房屋等因***振而摧毀,設計師們就要考慮它們所處的環境中有哪些交替的作用力,這些力的頻率在什麽範圍內,以力圖使設計對象的固有頻率在此範圍以外。