共振gongzhen

受迫振动的 一个特殊状态。在声学中称共鸣，在振荡电路中称谐振，共振包括位移共振、速度共振、加速度共振以及微观粒子的能量共振。如无特殊声明，一般共振均指位移共振。❶位移共振：在受迫振动达到稳定振动时，共振幅A=
上可见稳定振动的振幅A是强迫力圆频率Ω的函数。当强迫力的圆频率与振动系统的固有圆频率相接近或相等时，位移振幅急剧增大的现象叫位移共振，简称共达极大值而发生共振。共振时的振幅Ar和圆频率Ωr振条件，Ωr叫共振圆频率。可见，共振圆的频率略小于振动系统的固有圆频率，阻尼因数β越小，共振时Ωr越接近于ω0，振幅Ar就越大。当β→0时，Ωr趋近于ω₀，共振时的振幅Ar将趋于无穷大，出现所谓大振幅的锐共振，这时系统表现出极为强烈甚至带有破坏性的共振现象。振幅随策动力圆频率变化曲线如图1所示，每条曲线对应一定β值，由下向上β逐渐减小，曲线的峰值所对应的圆频率即位移共振圆频率。这种由不大的策动力能够引起大振幅的锐共振的原因分析如下：对
说明这时位移x落后强迫力F₀cosΩt位相π/2，而速度总是超前位移π/2位相，故强迫力与速度是同位相的，强迫力总是与运动方向一致。强迫力对系统作功的功率F₀cosΩtv=F₀AΩcos²Ωt≥0，即强迫力始终对系统作正功（至少为零）不断地向振动系统输入能量，导致振幅非常之大的锐共振。可见共振能使微弱的作用产生显著的效果。
❷速度共振：稳定振动的速度幅vA=AΩ=
当Ω=ω0时振动的速度幅取极大值。受迫振动的物体速度幅取极大值的现象称为速度共振。可见同一振动中不同物理量的共振条件是不相同的。电工学中遇到的电流共振与机械振动的速度共振相对应。速度共振曲线如图2所示。
❸能量共振：描述微观世界中遵守能量守恒定律时，微观粒子能量转移过程中所必须满足一定的量子化条件的现象。当微观粒子相互作用时（例如粒子和光子作用），只有在微观粒子的频率满足玻尔程，(h是普朗克常数，Ei和Ej是粒子相邻两个能级的能量。)也就是说要与决定微观粒子本身固有特性的能量值“合拍”时才能发生能量跃迁。这个频率的取值完全取决于微观粒子本身固有能级的特性，而把这种频率“合拍”的共振引申到带有普遍意义的能量“合拍”的共振，即能量共振，又称量子共振。能量共振是普遍存在于微观粒子相互作用过程所发生的共振。例如，用光照射原子，如果光子的能量正好等于原子的能级间距，光子就会被原子吸收，并使原子由低能级跃迁到较高能级。这就是原子的能量共振吸收。原子、分子等微观粒子与电磁波相互作用时，会出现明显的能量共振特征，实验看到的每种粒子的光谱线，是微观世界中能量共振现象的主要表现形式，也是认识微观世界的主要工具。在微观领域中，存在许多能量从一个系统传递到另一个系统的能量转换过程，都需要用能量共振的观点来研究。
❹共振应用：共振是十分普遍的自然现象，几乎在物理学的各个分支学科和许多交叉学科中以及工程技术的各个领域中都可以观察到它，都要应用到它。例如桥梁、码头等各种建筑，飞机、汽车、轮船、发动机等机器设备的设计、制造、安装中，为使建筑结构安全工作和机器能正常运转，都必需考虑到防止共振问题。而有许多仪器和装置要利用共振原理来制造。机械共振应用的典型例子是地震仪，它不仅是地震记录和研究地震预报的基本手段，也是研究地球物理的重要工具。利用共振可以制造超声工具，利用原子、分子共振可以制造各种光源如日光灯、激光以及电子表、原子钟等。在音乐艺术中，不论是声乐，还是器乐，共振都起决定性的作用，甚至可以说没有共振就没有音乐。人的听觉器官中有一精巧绝伦的共振系统，许多动物也如此。“听”可以说是利用共振原理对声振动的谐波分析。研究共振对于医学、仿生学均有重大意义。电磁振荡的共振在无线电技术中具有极重要的地位。电磁波信号的产生、接收、放大、分析处理都要靠共振来帮助。可以说凡要用到电磁波的地方离开了电磁波的共振是不可能的。共振还是探索宇宙和认识微观世界的钥匙。靠共振来辨认、识别来自宇宙的电磁波，研究宇宙中星体的物质结构、能量、质量。利用微观粒子的共振可认识微观世界的物理规律。例如利用核磁共振可以研究物质的电子结构和测量核磁矩。值得一提的是，与微观粒子共振有关的诺贝尔物理奖得奖项目就很多，象布洛赫和珀塞尔关于核磁共振技术的发明，卡斯特勒光泵技术的发明，穆斯堡尔效应的发现，巴索夫、普洛霍洛夫和汤斯发明的脉塞和激光，丁肇中和利希特发现的J/Ψ粒子等。

图2

共振Gongzhen

振动体在周期性变化的外力作用下，当外力的频率与振动体固有频率很接近或相等时，振幅急剧增大的现象。发生共振时的频率称为“共振频率”。当外力的频率等于或很接近振动体固有频率的整数倍时，振幅也会增大，这种现象亦称共振。在不少情况下，共振产生有害作用，必须设法防止，例如机械的运转可能因共振而损坏机座。但也有许多情况需要利用共振现象，如弦乐器的琴身和琴筒就是用以增强声音的共鸣器。其他如测振仪、测速仪等也是应用共振现象而制成的。在电学中，振荡电路的共振现象称“谐振”。