六月物理 | 桥梁为什么会振动——浅谈共振现象

次元: 365bet在线体育 时间戳: 2025-09-08 11:10:06 观察者: admin 访问量: 5152 能量值: 20
六月物理 | 桥梁为什么会振动——浅谈共振现象

我们发现,尺子振动的快慢决定了发出声音的音调,物理学中将物体每秒振动的次数叫做频率, 共振的秘密就在于物体本身振动的频率——固有频率。

固有频率

固有频率也称为自然频率。当物体做自由振动时,其振动的快慢仅与物体的固有特性有关(如质量、形状、材质等),我们将物体在单位时间内振动的次数称为固有频率。

任何物体都对应有其固有频率,一座桥也是如此,当外界对这个物体施加力的频率和该物体的固有频率相同时,物体就产生了共振。

共振使得物体振动的幅度增大,因此,在游乐场的水上摇摆桥上,我们摇摆的频率与桥的固有频率相同时,就使得桥的振动增强。

人体内脏的固有频率约为4-18Hz,当声音的频率和人体内脏器官的固有频率相同,会引起人的五脏六腑产生强烈共振。轻者肌肉痉挛,全身颤抖,呼吸困难;重者血管破裂,内脏损伤,甚至迅速死亡,这就是次声武器。

而桥梁的固有频率2-5Hz左右,人步行的频率与桥的固有频率大致相同,200多年前,当拿破仑率军入侵西班牙。有一支部队要从一条铁链悬桥上通过,随着指挥官的洪亮口令,士兵们迈着整齐的步伐行进在桥面上,悬桥开始剧烈地上下振动起来。当队列前面的士兵即将到达对岸的时候,悬桥突然断了,桥上的官兵纷纷落水,死伤惨重。

后经调查,造成这次惨剧的罪魁祸首,正是共振!因为大队士兵齐步走时,产生的一种频率正好与大桥的固有频率一致,使桥的振动加强,当它的振动的幅度达到最大限度直至超过桥梁的抗压力时,桥就断裂了。

类似的事件还发生在俄国和美国等地。有鉴于此,所以后来许多国家的军队都有这么一条规定:大队人马过桥时,要改齐走为便步走。

我们再回到虎门大桥的异常抖动,专家组给出的解释是大桥的抖动是一种涡振现象。当流体流过非流线型物体周围时,在一定的恒定流速下,就会在物体两侧交替地旋涡,并对物体施加相应频率的力。

当这个力的频率与桥梁的固有频率相同时,桥梁的振动就会被加强,当撤去水马之后,桥梁的固有频率改变了,振动也就结束了。

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