主共振

主共振

主共振是一個中國天文學名詞審定委員會審定發布的天文學專有名詞。

基本介紹

  • 中文名:主共振
  • 外文名:main reaction        
  • 學科:物理
  • 領域:物理學、光學、電學
  • 主要參數:主共振頻率
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內容簡介

系統受外界激勵,作強迫振動時,若外界激勵的頻率接近於系統頻率時,強迫振動的振幅可能達到非常大的值,這種現象叫共振。一個系統有無數個固有頻率,我們常研究低範圍的系統頻率。
共振是物理學上的一個運用頻率非常高的專業術語。共振的定義是兩個振動頻率相同的物體,當一個發生振動時,引起另一個物體振動的現象。共振在力學中亦稱“共鳴”,它指的是物體因共振而發聲的現象,如兩個頻率相同的音叉靠近,其中一個振動發聲時,另一個也會發聲。
共振不僅在物理學上運用頻率非常高,而且,共振現象也可以說是一種宇宙間最普遍的和最頻繁的自然現象之一,所以在某種程度上甚至可以這么說,是共振產生了宇宙和世界萬物,沒有共振就沒有世界。共振現象在生活中也被廣泛套用,樂器暫且不論,我們每天看的電視和收聽的收音機就是根據共振原理而接受信號的。
“主共振”是天文學專有名詞。來自中國天文學名詞審定委員會審定發布的天文學專有名詞中文譯名,詞條譯名和中英文解釋數據著作權由天文學名詞委所有。
中文譯名
主共振
英文原名/注釋
main resonance

共振概念

共振是指一個物理系統在特定頻率下,以最大振幅做振動的情形。此一特定頻率稱之為共振頻率。一般來說一個系統(不管是力學的、聲響的還是電子的)有多個共振頻率,在這些頻率上振動比較容易,在其它頻率上振動比較困難。假如引起振動的頻率比較複雜的話(比如是一個衝擊或者是一個寬頻振動)一個系統一般會“挑出”其共振頻率隨此頻率振動,事實上一個系統會將其它頻率過濾掉。

本質

一切的振動其表現形式必然是位移,其背後則必然是能量的流動。共振威力巨大的根本原因在於共振使外界的力量直接作用於分子、原子層次(或者某個其他的特定層次),並不斷的吸收能量,使其發生小範圍的劇烈位移。如果外界的頻率與固有頻率不一致,那么外力的作用對象就是整個物體,但是如果與固有頻率一致,那作用對象就直接變成了一個個的分子、原子,共振破壞了粒子之間的團結,使之互相內斗,結果就使整個系統瞬間崩潰。從鐘擺這個巨觀的振動系統來看,如果外力的步調和鐘擺的固有頻率相同(比如總是在鐘擺運動到最高點時,給予鐘擺一個斜向下的力),那鐘擺就會不斷的吸收外界的能量。外界能量每一次都會被完全吸收,並且鐘擺不向外界輸出任何能量,這樣鐘擺本身所具有的能量就會急劇增加。如果外力的步調與鐘擺不一致,那么上一次吸收的能量,下一次可能就被外力抵消掉,鐘擺本身的重力勢能也會被外力不時的抵消掉,這就使鐘擺本身所具有的能量總是保持在一個波動的水平,並且峰值不會太高,能量在反覆的吸收、散失、吸收、散失。
簡言之,共振的威力就在於外力以最精準的方式(或者說節奏)作用於物體最微觀的層次(或者說特定的層次),使物體在該層次的每個基本單元(比如鐘擺、原子、分子)像癌細胞一樣不斷吸收能量,進而發生劇烈位移,並最終在該層次產生極大的破壞作用。
共振的過程類似於一個強烈的正反饋過程,可以使系統在短時間內劇烈膨脹。

補充說明

“英漢天文學名詞資料庫”(以下簡稱“天文名詞庫”)是由中國天文學會天文學名詞審定委員會(以下簡稱“名詞委”)編纂和維護的天文學專業名詞資料庫。該資料庫的所有權歸中國天文學會所有。

諧振頻率

諧振頻率就是電路發生諧振時電量的頻率。具體含義可看下面的解釋:在含有電容和電感的電路中,如果電容和電感並聯,可能出現於某個很小的時間段內:電容的電壓逐漸升高,而電流卻逐漸減少;與此同時電感的電流卻逐漸增加,電感的電壓卻逐漸降低。而在另一個很小的時間段內:電容的電壓逐漸降低,而電流卻逐漸增加;與此同時電感的電流卻逐漸減少,電感的電壓卻逐漸升高。
電壓的增加可以達到一個正的最大值,電壓的降低也可達到一個負的最大值,同樣電流的方向在這個過程中也會發生正負方向的變化,此時我們稱為電路發生電的振盪。電路振盪現象可能逐漸消失,也可能持續不變地維持著。當震盪持續維持時,我們稱之為等幅振盪,也稱為諧振。諧振時間電容或電感兩鍛電壓變化一個周期的時間稱為諧振周期,諧振周期的倒數稱為諧振頻率。所謂諧振頻率就是這樣定義的。它與電容C和電感L的參數有關,即:f=1/√LC。

機械共振

共振是指機械系統所受激勵的頻率與該系統的某階固有頻率相接近時,系統振幅顯著增大的現象。共振時,激勵輸入機械系統的能量最大,系統出現明顯的振型稱為位移共振。此外還有在不同頻率下發生的速度共振和加速度共振。
在機械共振中,常見的激勵有直接作用的交變力、支承或地基的振動與旋轉件的不平衡慣性力等。共振時的激勵頻率稱為共振頻率,近似等於機械系統的固有頻率。對於單自由度系統,共振頻率只有一個,當對單自由度線性系統作頻率掃描激勵試驗時,其幅頻回響圖(見圖1)上出現一個共振峰。對於多自由度線性系統,有多個共振頻率,激勵試驗時相應出現多個共振峰。對於非線性系統,共振區出現振幅跳躍現象,共振峰發生明顯變形,並可能出現超諧波共振和次諧波共振。共振時激勵輸入系統的功同阻尼所耗散的功相平衡,共振峰的形狀與阻尼密切相關。
在一般情況下共振是有害的,會引起機械和結構很大的變形和動應力,甚至造成破壞性事故,工程史上不乏實例。防共振措施有:改進機械的結構或改變激勵,使機械的固有頻率避開激勵頻率;採用減振裝置;機械起動或停車過程中快速通過共振區。另一方面,共振狀態包含有機械系統的固有頻率、最大回響、阻尼和振型等信息。在振動測試中常人為地再現共振狀態,進行機械的振動試驗和動態分析。此外,利用共振原理的振動機械,可用較小的功率完成某些工藝過程,如共振篩等。

作用

共振能充當地球生物的保護神。我們知道,紫外線是太陽發出的一種射線,它們如果大舉入侵地球,人類及各種生物勢必遭受極大的危害,因為過量的紫外線會使生物的機能遭到嚴重的破壞。不過不用擔心,我們有大氣層中的臭氧層,是它們藉助於共振的威力,阻止了紫外線的長驅直入。當紫外線經過大氣層時,臭氧層的振動頻率恰恰能與紫外線產生共振,因而就使這種振動吸收了大部分的紫外線。所以,共振能使大氣中的臭氧層變得如防曬油一樣,保證我們不至於被射線的傷害。
另外,共振還能使地球維持在適當的溫度,給地球生命創造出一個冷熱適宜的生長環境。因為雖然經過臭氧層的堵截圍追,但仍有少部分紫外線能夠成功地突破層層防線,到達地球表面。這部分紫外線經過地球吸收後,能量減少,變為紅外線,擴散回大氣中。而紅外線的熱量,又恰好能和二氧化碳產生共振,然後被“挽留”在大氣層中,使大氣層保有一定溫度,讓萬物在溫暖和煦的環境中孕育成長。
俗話說萬物生長靠太陽,其實也可以這么說:萬物生長靠共振。因為我們所熟知的植物的光合作用,亦是葉綠素與某些可見光共振,才能吸收陽光,產生氧氣與養分。所以沒有共振,植物便不能生長,人類和許多動物也就因此會失去了食物的來源。也就是說,沒有共振,地球上的生命便不能長期存在。
共振還是一個善於使用色彩和色調的魔幻繪畫師,把我們所看到的每一件物體都神奇地染上了顏色,使我們這個世界變得五彩斑斕、艷麗繽紛。鈉光是黃的,因為鈉原子的振動產生所產生的是黃色的光。水銀原子的振動發出藍光。氖原子送出的振動到了你眼中,就成為了紅色。在地面,共振也把所有的物體都染上了各式各樣的顏色,從花卉到水果。紅蘋果把太陽光中我們稱為藍光和綠光的振動頻率吸收了,因此我們看到的它就是紅艷艷的、令人饞涎欲滴的樣子。綠葉中的葉綠素分子的振動頻率在太陽的紅光及藍光範圍,所以共振把這兩種顏色都“貪污”了,而只把綠的顏色反射入我們的眼裡,因此樹葉看上去便是生機盎然濃綠或嫩綠。也是這同一片葉子,到了秋天的時候,它被共振所“貪污”的卻是綠光,因而這時反射出的是或黃或紅的色彩,映襯出秋天的蒼涼和悽美。就是那種很虛幻的彩虹也是因為有了共振,才有了赤橙黃綠青藍紫。因此,我們的生活中有著如此美麗迷人的花紅柳綠、斑斕爛漫,也無不是拜共振之所賜。

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