受迫振動與共振原理

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受迫振動，也稱強迫振動，是振動系統(tǒng)在外來周期性力的持續(xù)作用下所發(fā)生的振動，這個“外來的周期性力”叫驅(qū)動力（或強迫力）。共振是物理學(xué)上的一個運用頻率非常高的專業(yè)術(shù)語，是指一物理系統(tǒng)在特定頻率和波長下，比其他頻率和波長以更大的振幅做振動的情形；這些特定頻率和波長稱之為共振頻率和共振波長；共振現(xiàn)象是指一個物理系統(tǒng)在其自然的振動頻率（所謂的共振頻率）和自然波長下趨于從周圍環(huán)境吸收更多能量的趨勢。本文通過針對性的物理實驗以及相關(guān)曲線圖加以證明這兩個物理現(xiàn)象，并探討了共振的應(yīng)用與防止，內(nèi)容詳實，圖例豐富，論述充分，邏輯清晰，歡迎相關(guān)用戶下載參考和使用。 受迫振動共振?受迫振動?阻尼振動最終要停下來，那么怎樣才能得到持續(xù)的周期性振動呢？最簡單的辦法是用周期性的外力作用于振動系統(tǒng)，外力對系統(tǒng)做功，補償系統(tǒng)的能量損耗，使系統(tǒng)持續(xù)地振動下去．這種周期性的外力叫做驅(qū)動力，物體在外界驅(qū)動力作用下的振動叫做受迫振動．跳板在人走過時發(fā)生的振動，機器底座在機器運轉(zhuǎn)時發(fā)生的振動，都是受迫振動的實例．受迫振動的頻率跟什么有關(guān)呢？電子課文●實驗?我們用圖9-29所示的裝置研究這個問題．勻速地轉(zhuǎn)動把手時，把手給彈簧振子以驅(qū)動力，使振子做受迫振動．這個驅(qū)動力的周期跟把手轉(zhuǎn)動的周期是相同的．用不同的轉(zhuǎn)速勻速地轉(zhuǎn)動把手，可以看到，振子做受迫振動的周期總等于驅(qū)動力的周期．

1實驗表明，物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率，跟物體的固有頻率沒有關(guān)系．共振?雖然物體做受迫振動的頻率跟物體的固有頻率無關(guān)，但是當驅(qū)動力的頻率接近系統(tǒng)的固有頻率或與固有頻率相差很大時，振動的情況卻大為不同．下面我們用圖9-30所示的裝置研究這個問題．?電子課文●實驗

2?如圖9-30所示，在一根張緊的繩子上掛幾個擺，其中A、B、C的擺長相等．當A擺振動的時候，通過張緊的繩子給其他各擺施加驅(qū)動力，使其余各擺做受迫振動．這個驅(qū)動力的頻率等于A擺的頻率．其他各擺的固有頻率決定于擺長．實驗表明：固有頻率跟驅(qū)動力頻率相等的B擺和C擺，振幅最大；固有頻率跟驅(qū)動力頻率相差最大的D擺，振幅最?。畧D9-31的曲線表示受迫振動的振幅A與驅(qū)動力的頻率f的關(guān)系．可以看出：驅(qū)動力的頻率f等于振動物體的固有頻率f′時，振幅最大；驅(qū)動力的頻率f跟固有頻率f′相差越大，振幅越?。?qū)動力的頻率接近物體的固有頻率時，受迫振動的振幅增大，這種現(xiàn)象叫做共振．聲音的共鳴?

3電子課文●實驗?如圖9-32所示，取兩個頻率相同的音叉A和B，相隔不遠并排放在桌上，打擊音叉A的叉股，使它發(fā)聲．過一會兒，用手按住音叉A的叉股，使它停止發(fā)聲，可以聽到?jīng)]有被敲響的音叉B發(fā)出了聲音．如果在音叉B的叉股上套上一個套管，改變音叉B的固有頻率，重做上面的實驗，就聽不到音叉B發(fā)出的聲音了．音叉A的叉股被敲時產(chǎn)生振動，在空氣中激起聲波，聲波傳到音叉B，給音叉B以周期性的驅(qū)動力，這兩個音叉的頻率相同，所以這個周期性的驅(qū)動力的頻率等于音叉B的固有頻率，于是音叉B發(fā)生共振，發(fā)出聲音．聲音的共振現(xiàn)象通常叫做共鳴．改變音叉B的固有頻率，就不會發(fā)生共鳴了．

4音叉下面所裝的空箱，叫做共鳴箱，音叉發(fā)聲時，共鳴箱發(fā)生共鳴，可以使音叉的聲音增強．圖9-36實驗中兩個音叉間振動的傳播，主要也是通過共鳴箱來實現(xiàn)的．共振的應(yīng)用和防止?共振現(xiàn)象有許多應(yīng)用．把一些不同長度的鋼片裝在同一個支架上，可用來制成測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計．使轉(zhuǎn)速計與開動著的機器緊密接觸，機器的振動引起轉(zhuǎn)速計的輕微振動，這時固有頻率與機器轉(zhuǎn)速一致的那個鋼片發(fā)生共振，有顯著的振幅．從刻度上讀出這個鋼片的固有頻率，就可以知道機器的轉(zhuǎn)速．共振篩(圖9-33)是利用共振現(xiàn)象制成的．把篩子用四根彈簧支起來，在篩架上安裝一個偏心輪，就成了共振篩．偏心輪在發(fā)動機的帶動下發(fā)生轉(zhuǎn)動時，適當調(diào)節(jié)偏心輪的轉(zhuǎn)速，可以使篩子受到的驅(qū)動力的頻率接近篩子的固有頻率，這時篩子發(fā)生共振，有顯著的振幅，提高了篩除雜物的效率．

5在某些情況下，共振也可能造成損害．軍隊或火車過橋時，整齊的步伐或車輪對鐵軌接頭處的撞擊會對橋梁產(chǎn)生周期性的驅(qū)動力，如果驅(qū)動力的頻率接近橋梁的固有頻率，就可能使橋梁的振幅顯著增大，致使橋梁斷裂．因此，部隊過橋要用便步，以免產(chǎn)生周期性的驅(qū)動力．火車過橋要慢開，使驅(qū)動力的頻率遠小于橋梁的固有頻率．輪船航行時，如果所受波浪沖擊力的頻率接近輪船左右搖擺的固有頻率，可能使輪船傾覆．這時可以改變輪船的航向和速度，使波浪沖擊力的頻率遠離輪船搖擺的固有頻率．機器運轉(zhuǎn)時，零部件的運動(如活塞的運動、輪的轉(zhuǎn)動)會產(chǎn)生周期性的驅(qū)動力，如果驅(qū)動力的頻率接近機器本身或支持物的固有頻率，就會發(fā)生共振，使機器或支持物受到損壞．這時要采取措施，如調(diào)節(jié)機器的轉(zhuǎn)速，使驅(qū)動力的頻率與機器或支持物的固有頻率不一致．同樣，廠房建筑物的固有頻率也不能處在機器振動的頻率范圍之內(nèi)．

6總之，在需要利用共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率接近或等于振動物體的固有頻率；在需要防止共振時，應(yīng)使驅(qū)動力的頻率與振動物體的固有頻率不同，而且相差越大越好．本書第一冊緒言的圖0-2，介紹一個用聲音將酒杯震碎的實驗，想一想，用什么辦法能做出這個實驗．?共振?如圖9-35所示，將一條細繩緊繞在兩個桌子腿之間，繩上拴4～5個長度不等的單擺．按課文圖9-26所述實驗，自已動手做一做，體會一下共振的含義．