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《受迫振动 共振》教学

 新用户65120Joi 2022-06-20 发布于山西

金盆洗手,刘正风是不是用得这钟盆不知道,我是有幸洗过,平遥古城里多的是,说是金盆,毫不夸张,2006年当时洗一次两块,真的可以看见中间冒出水花。原理就是共振,制造工艺不清楚。

几个概念:
1.固有频率:振动系统在没有外力作用下的振动叫固有振动,此时的振动频率叫固有频率。简单点说,就是自嗨,自己振自己的,不与其他系统产生交集。

2.阻尼振动:实际的振动系统,多少会有点外力,比如荡秋千,小时候玩得简陋,找两棵离得不近不远的树,拴根绳子就是简易秋千,只坐一人,有玩伴时轮流坐庄,一人坐一人摇,摇得到位了就会越荡越高。让停的时候只要不摇了,就是越振越低,最后静止在平衡位置,弦乐器中的弦振动后,若想让快速停下来,一般是按弦,强迫不让振了,实际上即使不按,过一会也会停下来,毕竟还是有一定阻力了。余音绕梁,三日不绝,很可能是幻听,若不是,只能说制造的工艺太精湛了。这种振幅逐渐减小的运动就是阻尼振动。
振动系统的能量衰减方式:摩擦力做功耗散,机械能转化为内能;将能量传给周围的介质。比如荡千秋时克服空气阻力和摩擦力做功,机械能转化为内能。说话时声带振动,将能量传播给空气,引起空气的振动。当然最终全部耗散,转化为内能。

3.受迫振动:阻尼振动最终都要停止,如何获得持续的振动呢?应该好理解,阻尼振荡的原因时有阻力或能量向外耗散,从这个角度弥补就行,有阻力的补动力,有耗散的补能量,补能量的方式是施加力对振动系统做功。虽然是加外力,但不能乱加,也有一定的规律,这种周期性的有规律的外力就叫做驱动力,系统在驱动力作用下的振动叫受迫振动。没外力就要歇菜,有外力迫使系统不歇菜,本来是想振着振着停下来,来这么一外力,只能被迫振了。钟摆要上发条,石英钟需要上电池补充能量,都是这个道理,现在有一种机械表设计的特好,不上发条,不上电池,好像是个永动机,其实是内部有个摆锤,必须每天要走动一定的时间,通过摆锤的摆动来补充能量,若摘下来静置一定时间,一样会停摆。


受迫振动频率的影响因素,思考一下,把自己拟人化为一个振动系统,自由自在、随心所欲的振来振去,这时的频率是固有频率,自己说了算。当有外力迫使振动时,想一下,还能自由自在吗?这不就拿人家的手软,给了驱动力或输进能量来了,不就得振得让施与者高兴点吗,频率就得跟人家走了,彻底迷失自我。
实验做出的这个图有点意思,受迫振动的频率是驱动力的频率,可万一这个驱动力别出心裁,体贴振意,使得频率和系统固有频率一致时,会有什么现象发生呢?


那就是振得最嗨的时候,荡秋千时小伙伴会摇绳的话就是这种情况,越荡越高。这种受迫振动就是共振,相当于瞌睡给了一枕头。

当然,万事万物都是一分为二的,共振同样是有利有弊的。

各种乐器,几乎都有共鸣箱,实际就是起一个共振的作用,这是有利的一面。
古代行军打仗,有个词叫枕戈待旦,一方面是警惕,我倒觉得还有通过枕戈来听进犯来敌的意思。

大部队过桥时的便步走,就是避免共振。
小时候的课文里老说工厂里机器声轰隆隆地,工人干得热火朝天,这个轰隆隆,现在想来,估计是机器设备质量不过硬,产生共振了。
大型设备的共振是一个必须考虑的因素,否则就没法工作了,想想大型水电站的水轮机,若共振处理得不好,估计会酿成大事故。

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