共振的應用探究

張貝寧

（青島經濟技術開發區第一中學，山東青島 266555）

共振的應用探究

張貝寧

（青島經濟技術開發區第一中學，山東青島 266555）

共振是一種非常常見的物理現象，其原理已被廣泛應用到各個領域，如醫學、聲學、電磁學、生物學等。共振在給人們帶來幫助的同時，也可能帶來危害，因此，必須充分認識共振的利與害，以更好地趨利避害。鑒于此，本文分析了共振現象及其應用，如在生活中的應用、在建筑工地上的應用、在醫學上的應用，并提出了一些防治共振危害的措施，以使共振原理更好地為人類服務。

共振 應用 危害 防治措施

共振現象普遍存在于自然界中，對人們的生產生活有利有弊，合理利用共振可以研制出有利于人們生活的東西，推動社會進步。但共振的危害程度和范圍也非常廣泛，比如一聲大喊可引起積雪的共振，進而導致一場雪崩。因此，我們必須重視和避免其不利影響。

1 共振現象及共振的重要性

1.1 共振現象

共振現象是指一個物理系統在其自然的振動頻率下趨于從周圍環境吸收更多能量的趨勢，相比其他頻率，表現出更大的振幅振動情況。簡言之，即自然界存在的物體在產生振動后，由于自身的各種物理特性，會有很多種頻率的振動，但會逐漸固定在某種頻率下，這個頻率叫固有頻率。當人們在外界再加個振動時，如果這個外來的振動頻率跟該物體的固有頻率相同，物體的振動就會被放大，振幅達到最大，這種現象就是共振。一般來說，一個物體的共振頻率不是唯一的，所以共振現象在生活中非常常見，像樂隊演奏就經常利用共振。共振也存在于各種生命體中，人的呼吸、心跳是有固有頻率的，大腦思維活動產生的腦電波也會發生共振現象。

1.2 共振的重要作用

共振具有非常重要的作用，現在最流行的宇宙爆炸形成說，促成爆炸的原因就是共振。由于共振，整個宇宙才開始形成，出現了各種星體。大到宇宙，小到微觀世界的產生都與共振有密切關系，因為各種元素的形成都是共振合成的。共振對地球上的生命有很大的保護作用，能保護生物免遭紫外線的危害，因為臭氧層能借助共振的作用阻止紫外線直接到達地面，當紫外線經過臭氧層時，由于共振，臭氧層可吸收掉大部分的紫外線，這樣，到達地面的紫外線對地球上的生物就基本沒有危害了。另外，共振還讓地球的溫度適合生命的活動，同時，植物光合作用也是葉綠素與部分可見光共振，吸收可見光，制造氧氣。總而言之，沒有共振，就沒有地球上的植物，也就沒了地球上的許多生命。

2 共振的應用

2.1 共振在生活中的應用

共振在生活中隨處可見，像拍籃球，如果掌握不好共振，籃球就不會隨手的節奏而動。在生活中應用共振的例子也很多，譬如常見的微波爐，其工作原理就與共振有關：微波爐頻率與食物內部水分子的振動頻率相差不多，當微波爐工作時，就能引起共振，迅速完成食物升溫，并且是在食物內部進行升溫，工作效率比從外部加熱的方法要高很多，這樣也有效地做到了節能減耗。音樂與共振也是分不開的，不同的音樂會跟人體的組織細胞產生共振，影響到人的感覺，像有的音樂讓人傷感，也有好多人用音樂進行心理治療，幫助人解除痛苦。可以說是，共振現象的存在非常普遍。

2.2 共振在建筑工地上的應用

在建筑工地上，澆灌混凝土是常見的作業內容，建筑工人可以利用共振的作用來提高混凝土的質量。在澆灌混凝土的時候，加上一個電動泵進行振動，就會讓混凝土變得更加的結實，這樣能提高工程的質量。建筑工地上利用共振的地方還有很多，比如利用共振達到破碎舊混凝土的目的、利用共振試樁測試單樁的承壓能力等，都是共振為施工帶來的便利，技術也都十分成熟。

2.3 共振在醫學上的應用

共振在醫學上的應用最突出的一項就是“核磁共振”。核磁共振的工作原理就是把人體置于一個特殊的磁場中，然后向人體發射無線電波，讓人體中的氫原子核產生共振，共振時會吸收能量，停止發射后，吸收的能量會釋放出來，同時氫原子核會發射出特定信號，這些信息被信號器接受后就能獲得圖像，醫生通過觀察就能確定病人的情況，從而確定治療方案。核磁成像不僅在醫學上有應用，在物理學、化學、生物學等領域也都有廣泛應用，為科技的發展提供了巨大的幫助。

3 共振的危害及其防治策略

3.1 共振的危害

在人們的日常生活中，共振會給人很多的幫助，但自然現象的存在都是有雙面性的，共振也會帶來很多危害。持續發出高頻率的聲音可以讓玻璃杯破碎，機器的運轉也可能因共振把機座損壞，行駛中的汽車如果車輪的轉動周期跟上面彈簧的節奏一致，也會產生共振造成車輛失控，就像人體各器官都有自己的頻率，如果環境中的振動跟某個器官的頻率一致，就會產生影響人體健康的共振，甚至會導致死亡，由此人們研發出了次聲波槍和次聲波炸彈，會讓人體器官發生變形。從大方面講，地震中的房屋倒塌就是由地震波與建筑物產生非常強烈的共振造成的。地殼里的板塊發生斷裂時，產生的振動波傳到地面，與建筑物的固有頻率發生強烈的共振，造成極大的破壞，熱帶風暴的產生也有共振的作用。登雪山時不能大聲說話，就是怕人的聲音引起共振，造成雪崩。

3.2 共振的防治策略

共振對人們的生活有利有弊，經過長期的摸索研究，人們探索出很多可以消除共振的方法。從原理上講，避免共振的危害就要防止共振的產生，其原理就是不要讓兩種頻率一致，主要途徑是改變某個系統的固有頻率。例如，利用地基、底座讓系統的固有頻率發生改變，減少共振的發生機會。共振的破壞力與振幅有明顯的關系，因此，可以通過減少共振振幅來防止共振產生大的危害。一個很有趣的例子就是軍隊過橋的時候，不要讓步伐一致，從而讓軍隊運動的頻率脫離橋梁固有的頻率，這樣就能減小共振的振幅，盡量降低破壞力。現在還有很多材料有消音、吸收振動的作用，像海綿、塑料泡沫等，可以讓聲音不發生共振，從而消除共振的危害。

4 結語

當前，共振現象原理已被普遍應用于機械、化學、力學、電磁學、原子物理學等科技領域，給我們的生活帶來了很大便利，但也產生了諸多危害。因此，我們必須充分了解這種物理現象，掌握其原理，更好地利用其為我們的生產生活服務。同時，對可能造成的危害，我們也要做好防治措施，盡量避免共振對日常生活造成不利影響。

［1］楊吉民，羅勇.奇妙的共振現象［J］.中國校外教育：上旬，2012（10）.

［2］李若斕，李若飛.共振應用中的危害與防治［J］.產業與科技論壇雜志，2015（12）.