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[其他相关] 秋千如何荡得高:古代中国共振几则

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发表于 2022-3-29 13:38 | 显示全部楼层 |阅读模式

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什么是共振?共振是一种物理现象。当给力节奏与受力对象的固有频率相同(或接近时),受力对象的运动幅度非常剧烈,这就是共振现象。

比如你在荡秋千,自己不知道怎么荡高高,那么旁边的人可以推你。当别人推的节奏与秋千固有频率(说系统,是因为你也算秋千的一部分)相同时,那么秋千就会越荡越高。所谓节奏相同,就是推秋千的人看着秋千离开自己时用力去推(也可以朝自己来时用力拉,但是不好操作)。

如果隔一次推一次,也可以把秋千荡的越来越高,同样隔两次推一次也可以。这是因为推力和运动同步,对系统做了正功。如果胡乱推,比如秋千正朝你来,你用力去推,那么就高不起来。

上述过程可以用严格的数学模型分析。古代中国没有微分方程,所以共振现象大多是定性记载。

在公元前4世纪到公元前3世纪,我国就己经进行共振应用了。《庄子・杂篇・徐无鬼》中,记载着西周时代一个叫鲁遐的人做的实验。他将两把瑟分别放在两个房间,弹波了其中一瑟某根弦,隔壁那把瑟上同一根弦也会发声。接着,又将瑟乱弹一气,它发现另一把瑟上的很多弦都或多或少地应声而动。

这是因为第一把瑟相当于推秋千那个人的推力。这个推力经由空气传递到第二把瑟。第一把瑟的弦反复振动,相当于推秋千的人持续推。因两把瑟的音很准,所以第一把的推力节奏与第二把的相同,引起了第二把瑟弦共振。
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三国时魏都洛阳宫殿前面的一口大钟,某天突然无缘无故地鸣响起来。满朝文武议论纷纷,以为是不祥之兆(三国杀伐太多,永寿三年(157年)东汉官方统计有人口56476856,到公元280年吴国灭亡时全国人口只有7672881人,123年年间人口下降86.5%),魏帝心惊肉跳,惶惶不可终日。

此事传到张华耳中,他从容说道:“那没有什么值得大惊小怪的地方,不过是因为四川铜山有山崩发生,因而引起宫中大钟相应自鸣罢了。几天以后,果然传来四川铜山崩塌事件。张华的预言应验了,从此名声大振。【KFC怀疑张华怎么知道四川那么远地方的信息;反正古代这样记载了】

又有一天,一个人来向张华请教,说是他家有个洗澡用的大铜盆,每日早晚总会嗡嗡作响,就象有人在敲打一样,也不知什么缘故。张答道:这只铜盆和洛阳宫中大钟的音调相谐,宫中每天早晚都要撞钟,所以使铜澡盆有声相应。张华还告诉他只要把铜澡盆锉掉一点,使它变轻了,便不会再作响。那人照着去办,果然就不响了。【张华在那时就懂利用共振原理,并知道结构动力学修改消除共振的原理,厉害!】

我国宋代科学家沈括把剪成的一个小纸人挂在一根弦线上,弹动可以发生共振的弦,纸人就跳跃颤动,弹动别的弦纸人就不动。这个实验比欧洲所做的同样实验早好几个世纪。

15世纪,意人利的达芬奇者开始做共振实验,直到17世纪,牛津的诺布耳和皮区特者以所谓的纸游相当于纸人一样的东西实验,来证明弦线的基音和泛单的共振关系。

对共振原理,我国也早有所应用。战国初期,各诸侯国人动干戈。战争中的攻城技术花样不少。地道战术是很厉害的一招。为了识破敌人挖洞攻城的阴谋。墨家利用声学知识想出了一个办法,守军在城内沿城墙根约每隔6米挖一口井。深约3米左右。让陶工烧制坛子,有耳朵灵敏的人日夜值班,并将耳朵贴在坛口侦听。如果敌人正在挖地道,通过坛中的声音就能觉察。这种方法不仅能判断敌人否在挖洞,还能从不同的坛口的声音确定声源方向,即地道的大致方位。

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