为什么秋千可以越荡越高?
共振 (resonance) 是大家耳熟能详的名词,但共振的现象、共振的原因是什么呢?一般人常说的共振频率,又是什么呢?结构共振,当结构受外力作用时,此外力的施力频率或称激振频率,与结构的自然频率相等或相近时,会使得结构有振动大的现象,称为共振。
这里有两个名词,一为外力的激振频率,一为结构的自然频率。为什么秋千可以越荡越高?其实,就是应用了共振的原理。解释说明如下:
· 秋千是个结构,所以秋千就有结构的自然频率。如视频中图示的蓝色线条为秋千的摆荡轨迹,可以推算出秋千的自然频率。
· 在荡秋千时,我们会掌握秋千下摆的相同时间点,用力荡秋千,这个施力方式,如视频中图示的红色箭头代表施力的时间点,可以推算出施力周期以及对应外力的激振频率。
· 秋千要能够越荡越高,就是要施加外力的激振频率与秋千的自然频率相近,如果能够相等,那么共振的效果就越显着,所以秋千就能够越荡越高。
所以呢?共振的原因是:因为外力的激振频率等于结构的自然频率时,就会产生共振。而共振的现象:结构的振动摆荡会越来越大,就像秋千会越荡越高。
当我们讲共振频率,其实,我们真正说的是外力的激振频率,因为外力的激振频率刚好等于结构的自然频率,所以就产生了共振,使得结构有振动大的现象。
对一般的机器来说,我们都不希望有共振现象的产生,所以要让外力的激振频率远离机器结构的自然频率,这就是避免共振的基本原则。
来源:试验模态分析微信公众号(ID:gh_827c7495311e),本文源自王柏川教授的振动噪音科普视讲义和视频。
讲的很形象,直观。
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