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注册送开户官网_桥上不能多人齐步走!物理老师公园发现共振隐患,3支队伍改道

2020-01-11 18:20:31   【浏览】2592

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注册送开户官网,近日,河南焦作的中学物理老师张怀华逛公园时,遇到一个近60人的走路队伍。经他计算,60人齐步行进相当于将4.2吨的重物每0.478秒举起和放下一次,易引发桥梁共振,存在安全隐患。经他建议,3支队伍已改变路线,绕道而行。

网友评论

对此,网友们纷纷点赞:学以致用。

共振危害都有什么?

共振(resonance)是物理学上的一个运用频率非常高的专业术语,是指一物理系统在特定频率下,比其他频率以更大的振幅做振动的情形;这些特定频率称之为共振频率。在共振频率下,很小的周期振动便可产生很大的振动,因为系统储存了 动能。当阻力很小时,共振频率大约与系统 自然频率或称固有频率相等,后者是自由振荡时的频率。自然中有许多地方有共振的现象如:乐器的音响共振、太阳系一些类木行星的卫星之间的 轨道共振、动物耳中基底膜的共振,电路的共振等。人类也在其技术中利用或者试图避免 共振现象。

危害案例

桥梁倒塌

19世纪初,一队 拿破仑 士兵在指挥官的口令下,迈着威武雄壮、整齐划一的步伐,通过法国昂热市一座大桥。快走到桥中间时,桥梁突然发生强烈的颤动并且最终断裂坍塌,造成许多官兵和市民落入水中丧生。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,当它的振幅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。

对于桥梁来说,不光是大队人马厚重整齐的脚步能使之断裂,那些看似无物的风儿同样也能对之造成威胁。1940年,美国的全长860米的塔柯姆大桥因大风引起的共振而塌毁,尽管当时的风速还不到设计风速限值的1/3,可是因为这座大桥的实际的抗共振强度没有过关,所以导致事故的发生。每年肆虐于沿海各地的热带风暴,也是借助于共振为虎作伥,才会使得房屋和农作物饱受摧残。因为风除了产生沿着风向的一个风向力外,还会对风区的构筑物产生一个横力,而且风在表面的漩涡在一定条件下产生脱落,从而对构筑物产生一个震动。要是风的横力产生的震动频率和构筑物的固定频率相同或者相近时,就会产生风荷载共振。近几十年来,美国及欧洲等国家和地区还发生了许多起高楼因大风造成的共振而剧烈摇摆的事件。

地面共振

当 直升机在地面工作时(或滑跑时)受到外界振动后,旋翼桨叶运动偏离平稳位置,如旋翼以后退型摆振运动,这时桨叶重心偏离旋转中心,旋翼重心的离心激振力,激起机身在起落架上的振动;机身振动反馈于旋翼的摆振运动,对旋翼起支持激振的作用,形成一闭环系统,使得旋翼摆振运动越来越大,当旋翼后退型频率与机身在起落架上的某一模型的频率相等或接近时,系统的阻力又不足以消耗它们相互激励的能量,这时整个系统的振动就会是不稳定的,振动幅度( 振幅)将越来越大,直到直升机毁坏才告终,即出现了地面共振。

机器损坏

机床运转时,运动部分总会有某种不对称性,从而对机床的其他部件施加周期性作用力引起这些部件的受迫振动,当这种作用力的频率与机床的固有频率接近或相等时,会发生共振,从而影响加工精度,加大机械钢铁的疲劳破坏,加大机械的损害力度。

次声波共振

对人危害程度尤为厉害的是次声波所产生的共振。 次声波是一种每秒钟振动很少、人耳听不到的声波。次声波的声波频率很低,一般均在20赫兹以下,波长却很长,不易衰弱。自然界的太阳 磁暴、海浪咆哮、雷鸣电闪、气压突变、火山爆发;军事上的 原子弹、 氢弹爆炸试验,火箭发射、飞机飞行等等,都可以产生次声波。在我们工作、学习和生活的周围,能够产生次声波的小型动力设备很多,如鼓风机、引风机、压气机、真空泵、柴油机、电风扇、车辆发动机等。次声波的这种神奇的功能也引起了军事专家的高度重视,一些国家利用次声波的性质进行次声波武器的研制,已研制出次声波枪和次声波炸弹。不论是次声波枪还是次声波炸弹,都是利用频率为16—17赫兹的次声波,与人体内的某些器官发生共振,使受振者的器官发生变形、位移或出血,从而达到杀伤敌方的目的。现代科学研究已经证明,大量发射的频率为16—17赫兹的次声波会引起人体无法忍受的颤抖,从而产生视觉障碍、定向力障碍、恶心等症状,甚至还会出现可导致死亡的内脏损坏或破裂。这种次声波武器可以说是人类运用共振来危害人类自己的一种技术上的极致 [2] 。

其它

也是由于共振的力量,巨大的冰川能被“温柔”的海洋波涛给拍裂开。甚至于美国 阿拉斯加李杜牙湾经常出现的高达上百米的巨浪,也是由于共振在其中发挥了很大的“推波助澜”的作用。因为共振在这个海湾“作威作福”实在是太厉害了,所以许多航海人对这个海湾都是“敬”而远之。

给人类带来重大伤亡和财产损失的地震,其中亦有共振的“幢幢魔影”:当地壳里的某一板块发生断裂时,产生的波动频率传到地面上,与建筑物产生强烈的共振,于是,就造成了屋毁人亡的惨剧。

持续发出的某种频率的声音会使玻璃杯破碎。高山上的一声大喊,可引起山顶的积雪的共振,顷刻之间造成一场大 雪崩。行驶着的汽车,如果轮转周期正好与弹簧的固有节奏同步,所产生的共振就能导致汽车失去控制,从而造成车毁人亡……

人们在生活和生产中会接触到各种振动源,这些振动都可能会对人体产生危害。由科学测试知道人体各部位有不同的固有频率,如眼球的固有频率最大约为60赫兹,颅骨的固有频率最大约为200赫兹等;把人体作为一个整体来看,如水平方向的固有频率约为3—6赫兹,竖直方向的固有频率约为48赫兹。因此,跟振动源十分接近的操作人员,如拖拉机驾驶员,风镐、风铲、电锯、镏钉机的操作工,在工作时应尽量避免这些振动源的频率与人体有关部位的固有频率产生共振。并且,为了保障工人的安全与健康,有关部门己作出了相应规定,要求用手工操作的各类振动机械的频率必须大于20赫兹。

预防方法

到了今天,人类对付共振危害的方法更是多种多样和更加先进。例如:人们在 电影院、播音室等对隔音要求很高的地方,常常采用加装一些海绵、塑料泡沫或布帘的办法,使声音的频率在碰到这些柔软的物体时,不能与它们产生共振,而是被它们吸收掉。又如电动机要安装在水泥浇注的地基上,与大地牢牢相连,或要安装在很重的底盘上,为的是使基础部分的固有频率增加,以增大与电机的振动频率(驱动力频率)之差来防止基础的振动。

大街上的行人、车辆的喧闹声、机器的隆隆声——这些连绵不断的噪声不仅影响人们正常生活,还会损害人的听力。于是人们发明了一种消声器,它是由开有许多小孔的孔板和空腔所构成,当传来的噪声频率与消声器的固有频率相同时,就会跟小孔内空气柱产生剧烈共振。这样,相当一部分噪声能在共振时被“吞吃”掉,而且还能够转变为热能来进行使用。

来源:北晚新视觉综合 梨视频 网友评论 百科

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