§5.2 共振及应用.pptVIP

* 5.2 共振及应用 阻尼振动 受迫振动 自由振动 共 振 共振的利用 共振的防止 一、自由振动 在弹簧振子的振动过程中，弹簧振子的动能和势能不断转化：在平衡位置，动能最大，势能最小；在位移最大处，势能最大，动能为零；由于弹簧振子只在弹力和重力作用下振动，如果没有摩擦力和其他阻力，振动物体的机械能是守恒的。 在这种情况下，它们将保持原有的振幅，永不停止地振动下去。这种振动叫做自由振动。 O 　　物体做自由振动时，振幅不随时间变化，是等幅振动。 二、阻尼振动 由于摩擦力总是存在,所以弹簧振子在振动过程中，要不断克服外界阻力做功而消耗能量,振幅就会逐渐减小,经过一段时间，振动就会完全停止下来。这种振幅越来越小的振动叫做阻尼振动。 t x O 阻尼振动的图像 三、受迫振动 要得到持续的等幅振动，最简单的方法就是用周期性的外力不断地对物体做功，补偿振子克服阻力所消耗的能量。这种周期性的外力叫驱动力。物体在周期性的外力作用下的振动叫受迫振动。 物体做受迫振动的频率由驱动力的频率决定，跟物体的固有频率无关。 四、共 振 在受迫振动中，驱动力的频率跟物体的固有频率相等的时候，振幅最大，这种现象叫做共振。 共振实验（单击播放视频） 五、共振的利用 共振现象有许多应用。例如，测量各种发动机的转速计、乐器的共呜箱、选矿用的共振筛等都是利用共振原理制成的。 测速计 共振筛 六、共振的防止 在某些情况下，共振又会引起危害。如一辆火车通过桥梁时，火车车轮对铁轨接头的撞击力是周期性的外力，如果这种周期性外力的频率接近或等于桥梁的固有频率时，就可能使桥的振幅大到使桥梁破裂的程度。 1940年，位于美国华盛顿州的塔科麦海峡大桥，刚落成才四个月，只因一阵阵大风横扫而过，使桥发生共振，几个小时后它就断裂倒塌了。 共振的危害 桥梁倒塌 雪 崩 机器损坏 翻 船 共振危害 案例 共振的危害 Tacoma大桥倒塌时 美国Tacoma大桥倒塌前 每年肆虐于沿海各地的热带风暴，也是借助于共振为虎作伥，才会使得房屋和农作物饱受摧残。因为风除了产生沿着风向的一个风向力外，还会对风区的构筑物产生一个横力，而且风在表面的漩涡在一定条件下产生脱落，从而对构筑物产生一个震动。要是风的横力产生的震动频率和构筑物的固定频率相同或者相近时，就会产生风荷载共振. 1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥因大风引起的共振而塌毁，尽管当时的风速还不到设计风速限值的1/3，可是因为这座大桥的实际的抗共振强度没有过关，所以导致事故的发生。 桥梁倒塌 共振的危害 在冰山雪峰间，动物的吼叫声引起空气的振动,当频率等于雪层中某一部分的固有振动频率时,会发生共振,形成雪崩,因此,登山队员严禁高声说话. 雪 崩 共振的危害 轮船在航行时，会受到周期性的波浪冲击而左右摇摆.如果波浪冲击力的频率与轮船的固有频率相同，就会发生共振，摆幅增大，甚至可以使船倾覆. 这时可以改变船的航向和速度，使波浪冲击的频率远离船的固有频率. 翻 船 机器损坏 机器在工作时由于零部件的运动，也会产生周期性的策动力，使机器因共振而受到损坏。为了避免共振，设计时要注意机器的转速使机器的固有频率不与策动力的频率接近。 机床运转时，运动部分总会有某种不对称性，从而对机床的其他部件施加周期性作用力引起这些部件的受迫振动，当这种作用力的频率与机床的固有频率接近或相等时，会发生共振，从而影响加工精度，加大机械钢铁的疲劳破坏，加大机械的损害力度。 共振的危害 共振的利用 乐器的共鸣箱 电磁 共振 共振法打桩 共振利用 案例 共振武器 乐器的共鸣箱 钢琴\提琴\二胡等乐器的木制琴身,就是利用了共振现象使其成为一共鸣箱(盒),将优美悦耳的音乐发送出去,以提高音响效果. 共振的利用 电磁共振 共振的利用 电磁共振在生活与生产中都有很多的应用，特别是在无线电技术中. 收音机的调谐装置就是利用了电磁共振现象，以接受某一频率的电台广播.电台通过天线发射出短波/长波信号，收音机通过将天线频率调至和电台电波信号相同频率来引起共振，将电台信号放大，再经过过滤后传至喇叭发声。 在修建桥梁时需要把管柱插入江底作为基础,如果使打桩机打击管柱的频率跟管柱的固有频率一致,管柱就会发生共振而激烈振动,使周围的泥沙松动,管柱就较容易克服泥沙的阻力,下插到江底. 在建筑工地，建筑工人在浇灌混凝土的墙壁或地板时，为了提高质量，总是一面灌混凝土，一面用振荡器进行震荡，使混凝土之间由于振荡的作用而变得更紧密、更结实。