【动手做】共振是怎么回事?

1906年的一天,在彼得堡封塔河上的爱纪毕特桥上,一支迈着整齐步伐的沙俄军队正在行进,突然桥身断裂、桥毁人亡。桥本身是坚固的,而军人们相加的总重量并不至于会压垮桥梁。经过调查发现,原来大桥断裂的悲剧是由于共振造成的。因为沙俄军队行进步伐十分整齐,其频率正好与桥的固有频率相近,和桥产生共振,导致了这场悲剧的发生。那么什么是共振呢?让我们通过实验来看看。

实验材料:

2根15厘米的细铁丝、2个小圆铁罐、2个螺母、2把椅子、1根细绳、1把钳子。

实验步骤:

01

将2把椅子背对背放置,在椅子中间拉上细绳(注意:细绳要拉紧)。

02

在两个小铁罐的盖子中心钻一个小孔,把细铁丝的一头穿入孔内,把另一头弯成个小钩紧紧地挂在细绳上,每根铁丝到细绳中点的距离要相等。

03

随后,在每个铁罐里放入1个螺母增加分量,盖上罐盖。

04

摆动其中一个铁罐,第二个铁罐也随之也慢慢地摆动起来,不一会儿两个铁罐的摆幅相同。

如果你身边没有上述材料,那我们再来做个相对简单的实验。

实验材料:

2个易拉罐、1团棉线、1把剪刀、1根木棍和2把椅子。

实验步骤:

01

往2个易拉罐里分别倒入等量的水。

02

剪取2段长度相等的棉线,分别将棉线的一头牢固地系在易拉罐的拉环上。

03

将木棍放在2把背对背放置的椅子靠背上,随后将2个易拉罐上的棉线系在上面,抬高其中1个易拉罐后松手。

实验观察:

通过实验你会发现,放手后,被抬高的易拉罐开始剧烈摆动起来,而第2个原本静止的易拉罐,也慢慢开始摆动起来,且摆动幅度逐渐加大。随着第1个易拉罐摆幅逐渐减小,第2个易拉罐摆幅超过第一个。持续一段时间后,第2个易拉罐的摆幅开始减小,第1个易拉罐的摆幅则开始增大并超过第2个。在2个易拉罐最终停下来之前,以上过程会反复交替出现。

点击视频来看看这个小实验

00:37

科学奥秘:

这个实验在物理学上被称为耦合共振。由于摩擦及空气阻力,第1个易拉罐即驱动摆的能量有限,当满足理想耦合条件时,能量将在驱动摆与受迫振动部分之间来回传递,于是就出现了2个易拉罐摆幅大小交替出现的共振现象。

自然中有许多地方有共振的现象,比如:乐器的音响共振,两个频率相同的音叉靠近,其中一个振动发声时,另一个也会发声。只要了解共振现象,就可以利用科学技术避免它带来的险境了。

END

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