机械振动(mechanical vibration)
力学系统中某一物理量在所观测的时间内不停地经过最大值和最小值
而变化的现象称为机械振动,简称振动。振动可分为周期振动和非周期振
动。如果每隔一固定时间T,振动量的变化就完全重复一次,这种振动
称为周期振动。时间T称为这个振动的周期,周期的倒数f 称为振动
T= 1的频率。用y 表示周期振动的量在任意时刻t 的值,则y 为时间的周期函
数y=φ(t)=φ(t+T)=φ(t+2T)=⋯乐器的振动都是周期振动,非周
期振动则形成噪声。
振动产生的原因,一是由于物体偏离平衡位置时受到指向平衡位置的
恢复力,二是由于物体本身具有惯性。偏离平衡位置的物体,在恢复力的
作用下回向平衡位置,但惯性使物体不停止在平衡位置,继续向另一方向
偏离平衡位置,因而又受到恢复力的作用。如此往复循环,就形成振动。
恢复力一般是弹性力或准弹性力。准弹性力的本质不是弹性力,但其变化
规律与弹性力相同。如单摆摆球在振动时所受的沿圆弧切线的分力,就是
准弹性力。
振动现象在科学技术领域有突出的重要意义。在工程技术中,振动过
大会造成机械、桥梁、交通工具或建筑物的损坏。对于转动机械,其转速
达到一定程度(称为临界转速)时,转子或轴会产生共振,造成破坏。强
烈的振动还会使测试仪表失灵。振动在生产技术中也被广泛加以利用,如
凿岩机、汽锤、风镐、振动筛、医疗中的按摩器以及混凝土浇注中的捣振
等。振动对人体也有影响。人体可看成一个弹性体,其共振频率在几赫兹
到几十赫兹不等。人体直立或正坐时,对4Hz~8Hz 的上下振动最敏感,振
动加速度超过一定值,人就会感觉不舒适,以致疲劳、工作效率降低。在
设计交通工具及由人操纵的设备时,都要考虑使振动在人感觉舒适的标准
内。低频振动对人体的危害大。0.1Hz~0.6Hz 的振动会影响人的平衡系
统,导致运动病(如晕车、晕船)。
除了机械振动外,非力学系统的物理量也会发生与机械振动类似的现
象。广义地说,某一系统的物理量在观测时间内不停地经过最大值与最小
值而变化的现象,称为振荡,如电磁振荡。振荡是一般术语,振动则仅指
机械振动。 |