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可以任意振动的单摆

可以任意振动的单摆

书名:令人着迷的物理作者名:左卷健男本章字数:977更新时间:2024-06-14 14:09:27

只需微微晃动,摆锤就会大幅度地摆动

手拿一根细线的一端,将细线的另一端系一枚5日元硬币,让手微微晃动。你会发现,即使手晃动的幅度十分微小,持续一会儿,单摆的摆动幅度也会大起来。

单摆按照一定的周期摆动,它的振动周期或频率是由摆长决定的。如果按照它的频率来振动细线,单摆摆动的幅度就会变得更大。像这样,一方振动可以使另一方也振动,当二者的振动频率相等时,另一方的振动幅度可以达到最大,这种现象叫作共振。

同时晃动摆长不同的两个单摆,两个单摆的振动幅度会一样吗?

在筷子上系两根细线,并分别挂一个摆锤。从筷子上垂下来的细线的长度分别是20cm和10cm。手持筷子,左右微微晃动。你会发现,当让摆长较短的单摆大幅度振动的时候,摆长较长的单摆的振动幅度会变小;当让摆长较长的单摆大幅度振动的时候,摆长较短的单摆的振动幅度会变小。

共振,只发生于以相同频率进行振动的物体之间,所以振动频率不同的单摆是无法以相同的幅度进行振动的。

使目标单摆大幅度振动

这次,我们在筷子上系三根细线,一共悬挂三个摆锤。它们的线长分别是10cm、15cm、20cm。用眼睛仔细地盯着想要振动的那个单摆,然后左右微微地晃动筷子。过了一会儿,一直盯着的那个单摆的摆动幅度大了起来,而其他两个单摆的摆动幅度要小得多。

这是因为,摆长不同,单摆振动的频率也会不同,与筷子的振动频率保持一致的那个单摆会发生共振,摆动的幅度就会变大。

吊着相同长度单摆的“秋千”

在一根筷子的左右两端分别垂挂两个长度相等的单摆,再将筷子用两根细线吊起来,保持水平。由于筷子是吊在绳子上的,所以它可以微微晃动。将垂挂着的两个单摆中的一个抬起后放下,这个单摆就开始振动了。没过多久,振动通过筷子传递到左侧静止的摆锤上,于是左侧原本静止的单摆也跟着振动起来。

之后,左侧单摆的振动幅度变大,最先振动的右侧单摆渐渐地停下来。不一会儿,右侧的单摆又开始大幅度振动,而左侧的单摆又停了下来……像这样,左右两个单摆交替地振动着。这样的装置,叫作共振摆。

共振可能造成危害

共振是以相同频率的小幅度振动产生大幅度振动的现象。不仅单摆之间会出现共振现象,高楼和吊桥等也会发生共振。不算很强劲的风吹动吊桥,引起共振的话,会使桥发生损坏。在美国就发生过这样的事件。还有摩天大楼,在地震的时候发生共振的话,会大幅度摇晃。因此,为了防止地震时高楼发生共振,最近有一些新技术被应用到高楼的建设中。