大连振动盘厂家|简谐振动的生活实例发表时间：2023-03-29 11:35作者：大连振动盘厂家 大连振动盘厂家|作为一种基元振动，简谐振动在生活中有很多简单而有趣的体现。在机械运动中，给出一个小位移，我们往往能观察到很多属于（或近似）简谐振动的现象。此外，由基元合成的运动形式和各种波动更是屡见不鲜。以下试举几例来说明简谐运动的普遍性和基础性。
两种现象有一共同特点：角位移较小情况下的摆动。摆钟根据物理学的单摆原理制作，其目的是控制齿轮等结构，使时钟均匀转动。我们聚焦钟摆的运动过程：摆从最高位置运动到最低位置，重力势能转化为动能；由于其本身仍有速度，便继续运动到另一侧的最高位置，动能转化为重力势能；于是再向下摆，如此往复。我们可以观察到位移、摆角、速度与运动方向关于竖直的平衡位置的对称，以及系统的能量守恒（不考虑损耗）。这正是规律简洁鲜明的简谐运动。 同样，荡秋千时如果有人在后面把我们抬高后松手，设定别人松手的高处为平衡位置，我们就在一个对平衡位置的位移成正比（力越大，荡得越远）而反向（例如，最初牵着我们的力向右，而运动向左）的外力作用下进行往复运动，直到因能量损耗而停下，我们也可看作简谐运动的实例。幼时的快乐，包括我们喜爱的不倒翁，或许也正与这种往复对称运动、逼近极限又趋向平衡的节奏有关。 弹簧测力计是我们在中学物理中常见的器具，它有一个自然长度，悬挂重物后，弹簧会做上下振动，直到读数稳定。这正是弹簧在弹性限度内做简谐运动的例子。更加有趣的是，市面上的这种弹力玩具（见图2），该设计与弹簧工作的基本原理有异曲同工之妙，竖直拿起时会与弹簧测力计的运动状态类似。其他情况如图2右侧所示。在这种弯曲的放置状态下，如果我们按住两端，在水平方向对其施加一个力，会看到它左右扭晃、最终恢复到图示状态。 我们经常看到：载货的轮船在水面上会有相当程度的上下浮动。水盆中投入一个能漂浮的小球或木板，同样会有细微的振动才能稳定。我们去水上乐园往往也会踩气垫或木板做的浮桥，彼时会有“乱摆”之感，仿佛在上下左右各个方向都因受到脚踩的反作用力而产生位移。 上述小范围“浮动”现象与简谐振动也有密切关联。我们以较为复杂的浮桥摆动为例，分析浮桥受力和运动情况。人行进过程中的脚踩是使浮桥振动的主因，合外力在水平和垂直方向上分解，运动情况同样分解为上下振动和左右振动。两种运动过程都围绕无外力施加、稳定漂浮的状态做往复运动，向两侧偏离的幅度基本相同。从经验观察来推断，若把水平和竖直不同方向上浮桥的相对位移、速度和加速度同时间的变化关系绘成图像，其大概也是在一定范围内波动的曲线，这正是简谐运动的基本特点。从而，我们在“乱摆”之中能发现“有序”，只需对复杂现象做理论上的分析与实践考察中的解剖。 当我写至此处时，恰逢北大特色的“当当当”三声下课铃重复敲了两遍。我们知道，简谐振动概念可以从物体的运动学拓展到波动层面，此时我只觉下课铃声颇为悦耳，一声之中长音回荡、强弱层次错落有致，三声铃响之起落间隔分明、富于节奏感，或许其波形（或部分波段）类似简谐波？ 我们已知，演奏弦乐器时弦线被激发，弦上两列相向传播的行波叠加成驻波，固定的两端弦线为其波节；即，驻波的本质正是简谐波（纵波）的叠加。那么，可以做适当的类比，把下课铃声（以及类似的声现象，如管乐器、敲击音叉）的波看作是简谐振动（或其叠加而成的复杂振动）吗？在粗略的定性想象中，我们或许可以这样认为；因其直观上比较符合简谐振动的和谐特性，其基频和谐频大体合意。至于事实如何，则需要通过更深入的理论来分析，交由实验来证明。 |
