前段时间,某电视栏目中,一个叫吕飞龙的选手用“狮吼功”震碎了高脚玻璃杯。如此说来,狮吼功真的存在吗?它的原理又是什么?
看你用什么标准
如果你认为,狮吼功必须是武侠小说中的那种--吼一嗓子就飞沙走石,众人瞬间被吹飞,严重者内伤到吐血。那么,这样的狮吼功肯定是不存在的;但是,若你放低要求,觉得喊一嗓子,玻璃杯就碎了也算狮吼功,那这样的狮吼功,现实中是存在的。
能用声音把玻璃杯震碎的,吕飞龙不是第一人,国外也有人演示过。
一些人,经过长时间的训练,加上自身的一些天赋,这样的狮吼功是可以练就的。
吼一嗓子,玻璃杯就碎了,绝大多人都知道,这是因为共振的原理。从小到大,“共振”我们听得实在是太多太多了,比如:
为什么登雪山时禁止高声呼叫?因为共振会带来雪崩。
为什么士兵过桥时要便步走,而不能齐步走?因为共振会带来桥的垮塌。
…………
我们都知道共振是不少灾难事故的罪魁祸首,但共振的本质又是什么呢?
共振的本质
共振威力无穷。活了86岁且终身未娶的,会8种语言,并与爱迪生各种剪不断理还乱的尼古拉·特斯拉,在他的传记中,特斯拉曾有一次满不在乎地告诉记者,他可以跑到帝国大厦,在很短时间内将它化为一堆碎砖烂瓦。而所用的机械只是一个微小的振荡器而已。
特斯拉使用振荡器进行机械共振实验,曾使周围的一些建筑物产生了共振,最后他测出了房子的共振频率,但是同时他也发现了这个实验存在巨大的危险,否则也不会连警察也被引来了。
现实世界中,小到分子原子,大到地球,每个东西都会振动。只不过,有的振动得慢,你看得见,比如蝴蝶扇动翅膀,每秒钟扇动5次左右,我们可以说,蝴蝶扇动翅膀的固有频率是5赫兹;而振动的稍快的,比如蜜蜂的翅膀,有的每秒扇动400次,那么这种蜜蜂扇动翅膀的固有频率是400赫兹,你不能清晰地分辨蜜蜂的每一次振动,但你能听到它,嗡嗡嗡的……
秋千的来回摇摆也是振动。一个人在荡秋千,你在旁边推它,如果每次他摆到最高点时,你都推了他一把,那么秋千将会荡得很高。这是因为,你用力推的频率跟秋千的固有频率吻合了,这就是共振。
假如秋千还没有荡到最高点,你就开始推,那么你用力的方向跟秋千运动方向就可能相反,不但不能把秋千推高,反而起了相反的作用。
以上告诉我们,当外部能量的频率跟某种系统的固有频率一样时,这个系统就能源源不断地获得能量的累积,这就是共振的本质。
毫不疑问,声音肯定是一种能量,蜜蜂快速扇动翅膀,导致空气振动,振动的空气像水波纹一样,传到我们的耳朵里,耳膜接收到能量,跟着振动,于是我们听到了蜜蜂飞翔的声音。吕飞龙能让玻璃杯碎裂,也是这个道理。
只要吕飞龙发出声音的频率跟玻璃杯的固有频率一致时,玻璃杯就能达到最大振幅,最终碎裂。在这里,玻璃杯的振动就相当于“秋千”,而外部吕飞龙的声音,就是推秋千的“那个人”。
共振的危害
共振现象就在我们的身边,无处不在,只不过,绝大多数过于微小,我们没有发现而已。
当你发动汽车,还在某个速度时,车子的某个部件振动得厉害,这是因为共振的结果,当你提高速度,共振就消失了。
当大卡车从你家门口路过,你家的门窗咣咣地响,这也是共振带来的。
共振会产生很多危害,因此在大楼、桥梁等建筑中,共振是必须要考虑的因素。
下面的三张动画图中,有三个立着的架子,它们的结构完全一样,只是高度不同而已,你可以把其想象成三栋高矮不同的楼。每个架子都有自己的固有频率,越高,其固有频率越低,当外部(图中的是底部的台子提供振动)的频率与某个架子的固有频率一致时,这个架子摇摆得最厉害,而其他两个架子却几乎不动。
上面三个动画示意图告诉我们,楼房都有自己特定的固有频率,一般来说有这样的规律,楼房越矮,其固有频率越高,反之亦然。
地震波也有自己的频率,在某些地震中,如果地震波的频率恰好与某些建筑物的固有频率一致,这就会加剧这些建筑物的晃动程度,甚至坍塌,而临近的建筑物却安然无恙。
塔柯姆大桥位于美国华盛顿州的塔柯姆海峡,1940年7月1日建成通车,在大桥垮塌前,人们早就观察到这座桥的怪异之处,即使只是微风,这座桥也起伏的厉害,于是,它有了一个外号--舞动的格蒂。在大桥上行驶的车辆,会由于大桥上下起伏,导致小车一会儿看得见,一会儿看不见,而坐在车里的人,简直就像在坐过山车。当时,一个地方性的运动就是在有风的天气到塔柯姆大桥行车或走路。一些人为塔柯姆大桥的怪异“行为”感到不安,但是很多人却没当回事。
塔柯姆大桥舞动了4个月,终于谢幕。1940年11月7日,那天的风速,还不到设计风速限值的三分之一,但塔柯姆大桥还是四分五裂,舞完了它短暂的一生。
塔柯姆大桥的垮塌让人们一下子认识到共振的巨大危害,让人们在后来的建筑中更多地考虑共振。然而,共振危害有时候很隐蔽,稍微疏忽就可能中招。
1995年1月26日,我国“长征2号E”运载火箭发射美国研制的“亚太2号卫星”时,由于美方没有告之卫星的共振频率,而凑巧卫星的共振频率与火箭整流罩的共振频率相同,发射时,由于高空风速风向的剧烈变化,引起共振,造成星箭爆炸。
最后,咱们再回到前文所提的用声音震碎玻璃杯事例,并不是说,只要发出声音的频率跟玻璃杯的固有频率一致,并持续一段时间时,就能保证震碎玻璃杯。不是这样的,要练就“狮吼功”,除了要练就一定频率的声音外,还要练就一副大嗓门。我们平时说话的声音在50分贝左右,而要想把玻璃杯震碎,你发出的声音得在100分贝以上时才可能实现。
道理很简单,就算你早已知道一座大桥的固有频率是1Hz,然后你像推秋千的人一样,1秒钟推大桥1次,那么,你觉得你能用共振把大桥拖下水吗?
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