共振 凭什么能震塌一座桥
祝大家劳动节愉快！
二维码来自微信
我觉得，很多人第一次“见识”共振的威力是从这个故事开始的：
拿破仑入侵西班牙时，一支法国小分队路过铁链悬桥，由于部队整齐的正步步伐频率恰巧等于或接近大桥的固有频率，大桥共振振幅过大而坠断，淹死了许多人。从此以后，军队过桥都采用齐步走。
或者这个
18世纪中叶，法国昂热市一座102米长的大桥上有一队士兵经过。当他们在指挥官的口令下迈着整齐的步伐过桥时，桥梁突然断裂，造成226名官兵和行人丧生。
可能有很多人都还是一知半解，今天，就来讲（肝）一下这玩意。
首先，拿一下我们身边的栗子：
（微信）封面图上有只秋千
我们从侧面看
咳咳
假如我们忽略掉摩擦力，也就是阻尼系数，辣么，当我们推动这个秋千，它就会晃起来（废话），像这样：
但是我们知道，没有摩擦力是不可能的，也就是说，一个震动机械物体的阻尼系数一定不为0，所以我们会一直推这个秋千，dang~这就是受迫运动。
要想得到等幅振动或等幅振荡，必须外加适当的作用力，以补充各种阻尼作用消耗的系统能量。
同样，如果给力的方向和时机准确（即，推的周期等于固有周期），那么这个秋千会越荡越狠，就能摆出此等效果。
此时，从某个角度上说，已经达到了共振效果。
把这种效果围成一圈应用在玻璃杯上，就有了被声音震碎的玻璃杯：
我们将这个问题抽象化，将其一点的轨迹简化为波。
假如上图是某物体的固有震动方式，那么在外驱动力的效果下：
当作用力频率逐渐接近固有频率，
然后，我们就可以利用这个规律，来进行下面的计算：“
科学的讲（这部分可忽略）
假设给振动系统外加一个周期性的驱动力Fcosωt，不妨令h=F/m，则系统的受迫振动方程可为：
步时，共振效果最明显。例如在秋千上的小孩子每次经过平衡位置时，大人外加一次助推力，振荡效果最明显。
”
然而，现实中的共振问题远比此复杂，每个物体的固有频率也不一定只有一个。
emm，下一部分。
我们看一段视频压压惊
（原版录制视频）
塔科马海峡大桥因共振坍塌，建成仅四个月
到了现在，桥梁的共振问题依旧缠绕着工程师们。
2000年建成的“千禧桥”是一座V形悬索桥，其桥身钢梁与桥墩不接触，在开放当天桥上最多有2000多人，并产生了巨大危险侧移，然后，这座桥就仅供观赏了...
英国，千禧桥。
2000年6月10日千禧桥正式开放，开放当天，估计有超过10万人聚集在桥上，最多2000人聚集在桥上。行人刚开始过桥，就立刻出现了过度的侧向移动。桥梁管理部门立刻采取了措施，最终，出于对公共安全的担忧于6月12日暂停使用。
走过多次索桥的我深深的“嫌弃”这种感觉。
在这之后，阻尼器（才）应运而生。
什么是阻尼器？阻尼器主要有两种。台湾101大楼使用了“悠悠球”式阻尼器。（动量守恒）
这个金属球直径5 .5米，重达660吨
就是这个原理：
而珠港澳大桥使用了弹簧式阻尼器。
港珠澳大桥成功抵御16级台风“山竹”的侵袭，其中一个关键技术是TMD减振系统。
肃静，这不是**。
TMD是调谐质量减振器(tuned massdamper)的英文缩写，也是港珠澳大桥抵御超强台风的核心装置，使用该技术，台风来的时候，共振会大大减小。调谐质量减振器由弹簧、阻尼器、质量块组成。虽然它高约3米、重达4吨以上，但非常灵敏，参数精确可调，而且免维护。
同时，在大桥上行驶时,由于路面平稳,车流容易与路面或大桥形成一致的共振,安装减速带阻止一致共振的形成，使振动不同。
还有更多的，高速列车通过桥梁时也会因为耦合效应产生振动，还有马达，扬声器，火箭发动机，等等等等都需要在设计时考虑共振影响。机械共振的概念可推广到光学、无线电、原子物理、核物理等其它领域。
对了，端洗脚水是溅出来的水也可以是共振出来的哦~
似乎这么看，共振就像是“事故”元凶？
不不，共振还有很多可以利用的。
二战时期，德国人开始秘密研制次声武器，试图利用其产生的 “ 大声效应 ” 摧毁整个城市，消灭敌军士兵或者使其丧失战斗力。1940 年，德军计划向英国人投掷有著名音乐家签名的留声机唱片，这些唱片将经过专门录制，加进次声，以引起听者出现慌乱、恐怖感及其它精神失常现象，从而造成骚乱。
美军在索马里和波黑战争期间，已经试用过某些音响或声音武器的样品。这些武器可以使人的内脏发生震动，把人震昏，使人感到恶心，甚至使肠子里的粪便液化，不断腹泻，从而失去战斗力。
（上面这个不太美好，我们看下面这个。）
大气层的臭氧层中的臭氧可以与紫外线反应减少到达地面的紫外线，但这只是一小部分；当紫外线经过大气层时，臭氧层的振动频率恰恰能与紫外线产生共振，因而就使这种振动吸收了大部分的紫外线。
在这之后，少部分紫外线到达地球表面被地球吸收后，能量减少，变为红外线，而红外线恰好能与对流层中的二氧化碳产生共振，被挽留在大气层，使得地球维持在适当的温度。
巧不巧？！
还有我们看到的部分颜色：钠光是黄的，因为钠原子的振动产生所产生的是黄色的光。水银原子的振动发出蓝光。氖原子送出的振动到了你眼中，就成为了红色。
电视机的高频头部分，就是利用不同固有频率的谐振电路，选择不同的频道。现代医院使用的核磁共振成像诊断仪，也是利用共振原理设计制造的。（这些就不说了，原理一个比一个奇怪。）
参考资料：
1.吴高建, 张茹. 大学物理中的环境保护问题[J]. 时代教育, 2018.
2.腾讯视频.塔科马海峡大桥因共振坍塌,2016.
3.陈睿茜.理论力学论文——队伍过桥为何不许走齐步？.百度文库,2012
4.人行桥共振的经典案例-英国千禧桥.筑龙学社.
5.港珠澳大桥网上展览馆——大桥百科.
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