手機(jī)振動(dòng)中的物理常識(shí)

手機(jī)已經(jīng)成為每個(gè)人必備的通信工具之一，在生活中扮演越來(lái)越重要的角色。

在某些特殊的場(chǎng)合，響鈴的方式不太方便，此時(shí)我們一般會(huì)選用“振動(dòng)”，既提示了自己又不影響他人。手機(jī)振動(dòng)，這種看似普通的現(xiàn)象背后蘊(yùn)藏著什么物理常識(shí)呢？

一、手機(jī)振動(dòng)的原理分析

手機(jī)振動(dòng)器由一個(gè)微型的普通電動(dòng)機(jī)加一個(gè)凸輪（也叫偏心輪）組成（如圖1）。

大部分電動(dòng)機(jī)外部還包有橡膠套，主要起到減振和輔助固定作用，減少其在工作時(shí)對(duì)手機(jī)內(nèi)部硬件的干擾或損壞。

普通電動(dòng)機(jī)頭上裝一個(gè)凸輪，但凸輪的重心并不在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上。

在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凸輪做圓周運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生離心力。離心力的方向隨凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而不斷變化，使手機(jī)產(chǎn)生左右方向的較大幅度的擺動(dòng)。

實(shí)際上，也有上下方向的振動(dòng)，但因阻力過(guò)大而不明顯。于是拿在手里的手機(jī)就感覺(jué)是振動(dòng)了。

當(dāng)手機(jī)收到短信并需要以振動(dòng)方式提醒的時(shí)候，手機(jī)的控制電路發(fā)出信號(hào)，從而會(huì)有適當(dāng)大小的電流輸入電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，于是產(chǎn)生了振動(dòng)。

這其中，主要的原因可以歸結(jié)為：

①金屬棒在密封的金屬盒內(nèi)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)摩擦力引起金屬盒內(nèi)密封空氣劇烈振動(dòng)，從而手機(jī)振動(dòng)。

②手機(jī)內(nèi)馬達(dá)的振動(dòng)并不是在一個(gè)水平面內(nèi)的對(duì)稱(chēng)振動(dòng)，也就是說(shuō)振動(dòng)在偏離質(zhì)心是有一個(gè)角度的（如圖2偏心輪示意）。

有興趣的話可以拿一個(gè)小電動(dòng)機(jī)，在它的轉(zhuǎn)軸上套上一個(gè)不規(guī)則形狀的東西，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就會(huì)跳起來(lái)了。

大型高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)床上，矯正軸心要求是很精確的，否則運(yùn)行就不會(huì)平穩(wěn)。

再者，自行車(chē)的輪子如果變形，快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，用手扶住車(chē)身也能感覺(jué)到隨著輪子轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)身有規(guī)律地抖動(dòng)。

二、手機(jī)振動(dòng)的物理解釋

手機(jī)振子產(chǎn)生振動(dòng)會(huì)造成手機(jī)整體的振動(dòng)，這屬于高中物理中的受迫振動(dòng)。

通過(guò)高中物理選修3-4第十一章“機(jī)械振動(dòng)”第五節(jié)“外力作用下的振動(dòng)”課程的學(xué)習(xí)，我們知道外力作用下物體振動(dòng)的類(lèi)型都屬于受迫振動(dòng)。

受迫振動(dòng)具有如下特點(diǎn)：所有物體在外加驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)都屬于受迫振動(dòng)，所有質(zhì)點(diǎn)或者被驅(qū)動(dòng)物體的振動(dòng)周期和頻率都等于驅(qū)動(dòng)力的頻率和周期。

結(jié)合手機(jī)振動(dòng)的模型，可以對(duì)手機(jī)振動(dòng)原理加以這樣的解釋——

手機(jī)振動(dòng)過(guò)程是因?yàn)槭謾C(jī)里面有一個(gè)電感振動(dòng)器，當(dāng)然里面是有振子的，靠微量的電源使振動(dòng)器來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)手機(jī)外殼來(lái)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的效果。

而根據(jù)高中物理的知識(shí)我們可以得出這樣淺顯的結(jié)論：

手機(jī)振子的振動(dòng)頻率和周期一定要不同于手機(jī)的其他部件的固有的頻率和周期，即我們高中物理中所學(xué)的共振現(xiàn)象（如圖3共振曲線）。

手機(jī)振子的振動(dòng)周期和頻率就是驅(qū)動(dòng)力的周期和頻率，因此一定要遠(yuǎn)離手機(jī)原有的其他的部件的固有周期和頻率，也就是說(shuō)要避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。

若和其他部件的固有頻率相同，那么手機(jī)的振幅會(huì)非常大，一是手機(jī)非常耗電，二是容易造成其他部件連接處開(kāi)焊損害等。該原理是高中物理機(jī)械振動(dòng)中非常重要的內(nèi)容，這對(duì)學(xué)生進(jìn)一步理解機(jī)械波的形成和傳播有很大的幫助，可以更深刻地理解高中物理機(jī)械波的部分知識(shí)。

總之，手機(jī)作為現(xiàn)代化科技的應(yīng)用，在給我們帶來(lái)便利的同時(shí)，我們要盡可能掌握其原理，以便能更有效地為人們服務(wù)。