谈谈司空见惯的振动

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之所以我能说振动现象司空见惯，是因为我在做出这种表述的过程中，其实我的身体的很多部位就处于机械振动的状态：心脏在跳动，肺在呼吸，手指尖在键盘上跳动或者声带在颤动等，这些都无一例外地基本符合机械振动的定义—— 物体在一定位置附近所作的周期性往复运动。如果我们抬眼望去，不远处可能就有一个树枝在摇动，低头看一下，机械手表里面的游丝在扭摆着，如果阁下戴着电子表或者石英表，里面的石英晶体会以更高的频率快速地振动着；冷风袭来，我们可能会激灵灵地打一个冷战，这也是肌肉在振动；当我们迈步走开的时候，我们的双腿也在往复地摆动（振动）着；吃饭的时候，我们的口腔也有规律地往复咀嚼着食物，这些运动也符合振动的定义。类似的例子太多了，所以我们说振动司空见惯，还真不为过。

我认为振动如此常见的原因是，通常在真实的环境中静力学平衡是在特定情况下存在的，往往也是比较脆弱的。想象一下天花板上用一根电线吊着的电灯，静力学平衡的条件容易满足——电线的拉力和灯的重力平衡，所以静止不动，此时拉力和重力必然在一条直线上。不过可能由于一阵微风拂过，电灯离开其“稳定”的平衡位置——悬挂点的正下方，此时重力和拉力的平衡条件就轻易地被破坏了，开始了摆动。由于不变形的理想刚体实际是不存在的，所以真实物体表面的受力变形也很容易引发一阵振动，或许还能发出我们能听到的（往往并不悦耳）声音。

诚然，这些振动都不会像教科书上讲到的理想化的简谐振动那样稳定持久，而仅仅是幅度不断衰减的阻尼振动，但它来得实在容易，时常还让我们避之不及。如果说刚刚举出的两个例子还算是比较偶然的，那么各种机械的振动就十分必然了，因为它们必须运动，而且常常运动本身就是旋转的或者往复的，自然要伴随着可能比较可怕的、具有破坏力的振动。这时的振动算是受迫振动，机械正常的运动就能为其提供驱动力，所以我们可以听到机械的轰鸣声，根据这个轰鸣声还能判断机械的运转速度和工作状态，不过当机械运转产生的驱动力和机械自身的固有频率很接近，就会发生共振现象，伴随着越来越响的声音，机器已经迫不及待地晃动起来，如不加以制止，也许将产生灾难性的后果。

因此，我们可以说最简单的振动起源于平衡的破坏，一种机制突然占了上风，另一种机制开始加大力度试图扭转局面时，并不能很快恢复平衡，而是在两种机制交替主导的情况下来回的往复，如果没有其他机制造成的阻尼，就如简谐振动一样不眠不休，在两个极端之间长期振动下去。自然界中的现象固然如此，人类社会的许多现象与此也十分相像，正常的制度可以使社会处于正常的平衡状态，但当平衡状态被打破后，就常常出现很长时间的动荡和起伏，减少动荡起伏最好的办法当然就是增加阻尼以息事宁人，不过这种阻尼并不容易，有时未必都能见效。如果社会规则并不是立足于平衡和稳定而朝令夕改，社会的振荡就如受迫振动一般很难免了，如果这种规则的改变恰好和社会自身固有的起伏规律合拍，那么共振现象很可能会发生，就有发生更大的动荡和破坏的风险。

所以振动很常见，很有趣，有时会很精彩，但有时也很让人无奈。我们需要把握各种振动的规律，懂得利用有利的振动，防范和避免有害的振动。

来源：吕喆科学网博客，作者：吕喆。