lian
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lian asked in 科學其他:科學 · 2 decades ago

波的傳播─「共振現象」

一直很不了解這個名詞,請解釋最好有實驗證明的圖片。

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  • 煙娘
    Lv 6
    2 decades ago
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    共振 用力敲擊一具有彈性的物體,會使物題產生強迫振動(forced vibrations),例如將一隻鈑手從高處掉落至水泥地面,會聽到很大的撞擊聲,這是因為鈑手和地面在互相撞擊時產生一特定頻率的振動,此頻率大小和物體的彈性及形狀有關,我們稱此頻率為自然頻率(natural frequency)。所謂共振(Resonance)就是一個物體受到的強迫振動(forced vibrations)的頻率和自然頻率(natural frequency)相等,所產生的現象。例如地震所產生的強迫振動頻率和房子的自然頻率相等,就會產生共振,使房子倒塌。至於「共振時,為何會『造成大幅度振動』?」,以盪鞦韆為例,假設某人盪鞦韆,此人每次盪到最高點時,你就適時推他一把,就算推力很小,也會使他獲得額外的能量,而鞦韆也越盪越高,這就是共振。假設盪鞦韆的週期是T秒,頻率為1/T(1/秒),你在2T、4T、6T…秒適時推一把,就可以產生共振,所以共振不一定要頻率相同,只要相差整數倍即可。敲擊音叉,音叉下方的共鳴箱即受到強迫振動,此強迫振動頻率和共鳴箱的自然頻率相等,故共鳴箱會產生大幅度振動。當音叉產生的聲音和共鳴箱產生的聲音,向觀察者的耳朵傳播過來時,會產生聲波的建設性干涉(constructive interference)現象,使得聲音振幅(amplitude)變大。   共振的例子A.樂器調音師利用樂器發生的聲音與音叉產生共鳴,調整樂器的音調高低。B.吉他、鋼琴都有共鳴箱。C.飛機掠過上空時,某些玻璃窗會發出振動的聲音。D.大地震時,若房子的振動頻率與地震的頻率接近,房子易因共振而倒塌。E.大隊人馬過橋時,不能用整齊的步伐。因為週期性的作用力使橋樑結構受到巨大的振動。由於橋有自己的自然頻率,如果行軍步伐的週期性的頻率,接近(或等於)橋的自然頻率,就會發生共振,此時的振動就會越來越強。若超過設計規定的應力時,橋就會倒塌了。F.有爬梯子經驗的人,爬梯子的時候總是忽快忽慢。是為了避免梯子與我們的腳步發生共振,使梯子不致搖晃的太厲害。G.挑水時,在水面上放一片木板或葉子。挑著擔子走路,擔子、人、水都會振動。最初水的振動幅度不大,只是有些搖晃。到後來,桶子的水與人的步伐合拍了,水就會振動得很厲害。在水上放一片木板,水在振動時,就須帶著木板一起振動,破壞了原有的共振。 H.登山者攀登高山時,禁止高聲喊叫。因為人在大聲呼喊時,會發出多種頻率的聲波,通過空氣傳遞給積雪層,往往會引起積雪層的振動。如果有一種喊叫聲的頻率,恰好與積雪層的自然頻率相同或接近,就會引起共振,積雪層就可能因強烈的振動而崩塌下來。  這一個原理可以應用來偵測Strain,當我們外加一個力給這一個Resonant Strain Gauge時,這一個Gauge會有Vibration的現象,為何Vibration的現象可以偵測Strain,因為Strain是應用物體的變形量來偵測的,當我們去拉伸一個物體時會使的這一個物體產生△L的變形量,而以下圖的一個Microbridge的Gauge而言,我們在左圖的Gauge上施一個力,會變成像中間的一個圖,可以看見的是這一個物體被拉伸了,產生了△L的變形量,那施的力越大變形量就越多。再因為Restoring Force的關係會變成最右邊的圖,如此往覆震動,而我們可一偵測這一個震動的頻率來得出Strain的大小 

    圖片參考:http://www.ltcconline.net/greenl/courses/204/appsH...

     

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