《生活中的振動》講義##一、課程導(dǎo)入同學(xué)們，今天咱們來聊聊生活中的振動。我先給你們講個我自己的經(jīng)歷。有一次我去游樂場玩，坐那個大擺錘，你們知道吧？那大擺錘開始慢慢搖晃起來，然后幅度越來越大，我在上面感覺自己就像個鐘擺一樣，來回晃悠。當(dāng)時我就想啊，這其實就是一種振動現(xiàn)象呢。那生活中還有哪些類似的振動呢？咱們今天就好好研究研究。##二、振動的基礎(chǔ)知識回顧1、**機械振動的定義**機械振動就是物體在平衡位置附近做往復(fù)運動。就像咱們剛才說的大擺錘，它在擺動的時候，有個中間的平衡位置，擺錘就在這個位置附近來回動。比如說，咱們家里掛著的那種老式擺鐘，鐘擺也是在一個固定的位置附近來回擺動，這就是很典型的機械振動。2、**描述機械振動的幾個重要物理量**-**振幅（A）**振幅就是振動物體離開平衡位置的最大距離。還拿大擺錘舉例，如果我們把大擺錘靜止時的位置當(dāng)作平衡位置，那它擺動到最左邊或者最右邊的時候，離這個平衡位置的距離就是振幅。想象一下，如果大擺錘的振幅很小，那這個游樂設(shè)施可能就沒那么刺激了；如果振幅很大，那可就非常嚇人了。-**周期（T）**周期是指振動物體完成一次全振動所需要的時間。什么叫全振動呢？就是物體從一個位置出發(fā)，經(jīng)過往返運動又回到這個位置，并且運動狀態(tài)和出發(fā)時完全一樣。就像擺鐘的鐘擺，從最左邊擺到最右邊，再擺回最左邊，這就是一次全振動。我觀察過我家的擺鐘，它的周期是很穩(wěn)定的，每擺動一次的時間都差不多，這也是擺鐘能夠準(zhǔn)確計時的原因。-**頻率（f）**頻率和周期是有關(guān)系的，頻率就是單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)。它們的關(guān)系是f=1/T。比如說，如果一個物體的周期是2秒，那它的頻率就是0.5赫茲，表示每秒完成0.5次全振動。##三、生活中的振動實例1、**鐘擺**鐘擺是我們生活中常見的振動例子。咱們剛剛也提到了，擺鐘的鐘擺擺動起來就是機械振動。那鐘擺的振動有什么特點呢？它的周期和哪些因素有關(guān)呢？根據(jù)單擺的周期公式T=2π√(l/g)（這里的l是擺長，g是重力加速度），我們可以知道，在同一個地方（g不變），擺長越長，周期就越長。我曾經(jīng)試過把我家擺鐘的擺長稍微改了一下，結(jié)果它走的速度就變了。這就說明擺長對周期的影響很大。而且啊，擺鐘的擺動是很有規(guī)律的，它的振幅如果在一定范圍內(nèi)變化，基本不影響周期，這就是擺鐘的等時性。2、**彈簧振子**彈簧振子也是一種很典型的振動模型。想象一下，有一個彈簧，一端固定，另一端系著一個小物體。我們把小物體拉離平衡位置，然后松開，小物體就會在彈簧的彈力作用下做往復(fù)運動。這個小物體和彈簧組成的系統(tǒng)就是彈簧振子。彈簧振子的振動周期和彈簧的勁度系數(shù)k以及振子的質(zhì)量m有關(guān)，它們之間的關(guān)系是T=2π√(m/k)。我在實驗室里做過這個實驗，當(dāng)我換了不同勁度系數(shù)的彈簧或者不同質(zhì)量的振子的時候，它的振動周期就會發(fā)生變化。3、**汽車的振動**同學(xué)們坐汽車的時候有沒有感覺到汽車有時候會振動呢？汽車的振動可有點復(fù)雜了。汽車的懸架系統(tǒng)就像彈簧振子一樣，它里面有彈簧和減震器。當(dāng)汽車行駛在不平的路面上時，路面的顛簸會使車輪上下運動，這個運動通過懸架系統(tǒng)傳遞到車身，就會引起車身的振動。如果懸架系統(tǒng)調(diào)整得不好，那我們坐在車上就會感覺很不舒服。比如說，有些舊車，減震器壞了，那汽車在行駛的時候就會上下跳動得很厲害，就像得了“哆嗦病”一樣。這就是因為懸架系統(tǒng)不能很好地控制車身的振動了。4、**橋梁的振動**橋梁也會振動哦。我曾經(jīng)看過一個關(guān)于橋梁的紀(jì)錄片，里面講了一座大橋。在風(fēng)比較大的時候，橋梁就會發(fā)生振動。這是因為風(fēng)對橋梁產(chǎn)生了作用力，這個力會使橋梁偏離它的平衡位置，從而產(chǎn)生振動。如果這種振動的幅度太大，就會對橋梁的安全造成威脅。歷史上就有一些橋梁因為振動而發(fā)生垮塌的事故。比如美國的塔科馬海峽大橋，這座橋在建成不久后，在一次微風(fēng)中就發(fā)生了劇烈的振動，最后整個橋就像面條一樣扭來扭去，最后垮塌了。這就是因為當(dāng)時人們沒有充分考慮到風(fēng)對橋梁振動的影響。后來工程師們在設(shè)計橋梁的時候，就會更加重視對橋梁振動的研究和控制了。##四、振動的危害與防治1、**振動的危害**-**對設(shè)備的危害**在工廠里，有很多機器設(shè)備在運轉(zhuǎn)的時候會產(chǎn)生振動。如果振動太厲害了，就會對設(shè)備本身造成損害。比如說，一些高速旋轉(zhuǎn)的機床，如果振動過大，會使刀具磨損得更快，還會影響加工的精度。就像我們用鉛筆寫字，如果手一直在抖，那寫出來的字肯定不好看，機床加工也是這個道理。而且，振動還可能會使機器的零部件松動，甚至脫落，這樣就會導(dǎo)致機器故障。我有個朋友在工廠工作，他就跟我說過，有一次因為一臺機器振動太厲害，結(jié)果一個小螺絲都被震掉了，差點就把整個生產(chǎn)線都搞停了。-**對人體的危害**長時間暴露在強烈的振動環(huán)境中對我們的身體也不好。比如說，建筑工人在使用一些振動工具，像電鉆、風(fēng)鎬之類的，這些工具在工作的時候會產(chǎn)生很強的振動。如果工人長時間使用，手和手臂就會感覺到麻木、疼痛，嚴(yán)重的還會引起關(guān)節(jié)疾病。還有，在一些行駛不平穩(wěn)的車輛上，如果我們長時間乘坐，身體也會感覺不舒服，可能會頭暈、惡心，這也是振動對我們身體的影響。2、**振動的防治**-**對于設(shè)備**為了減少設(shè)備的振動，工程師們想了很多辦法。一種方法是在設(shè)備的底座安裝減震器。就像我們剛剛說的汽車懸架系統(tǒng)里的減震器一樣，這些減震器可以吸收設(shè)備產(chǎn)生的振動，使振動不會傳遞到周圍的環(huán)境中。還有就是對設(shè)備進行平衡調(diào)整。比如說，對于一些旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，要保證它的旋轉(zhuǎn)部件質(zhì)量分布均勻，這樣就可以減少因為不平衡而產(chǎn)生的振動。我參觀過一個電機廠，他們在生產(chǎn)電機的時候，就會對電機的轉(zhuǎn)子進行精確的平衡調(diào)試，這樣電機在運轉(zhuǎn)的時候振動就會很小。-**對于人體**對于我們?nèi)梭w來說，要避免長時間暴露在強烈振動的環(huán)境中。如果必須要使用振動工具，那就要使用一些防護設(shè)備，比如帶有減震功能的手套。這些手套可以減輕振動對我們手部的傷害。在乘坐交通工具的時候，如果車輛振動比較大，我們也可以通過調(diào)整坐姿等方式來減少振動對我們身體的影響。##五、振動的利用1、**振動篩**振動篩在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用很廣泛呢。比如說在礦山行業(yè)，要把開采出來的礦石按照大小或者質(zhì)量進行篩選。這時候就可以用到振動篩了。振動篩就是利用振動的原理，通過不斷地振動，使小顆粒的礦石通過篩網(wǎng)，而大顆粒的礦石就留在篩網(wǎng)上，這樣就實現(xiàn)了礦石的篩選。我去參觀過一個選礦廠，那里的振動篩不停地振動著，礦石在上面翻滾、跳躍，就像在跳舞一樣，很快就被分成了不同的等級。2、**振動按摩器**同學(xué)們肯定都見過或者用過振動按摩器吧。當(dāng)我們感覺身體疲勞的時候，用振動按摩器按摩一下，感覺會很舒服。振動按摩器就是利用振動來刺激我們的肌肉和穴位。它的振動頻率和振幅可以根據(jù)我們的需要進行調(diào)整。比如說，如果你想要比較輕柔的按摩，就可以把振幅調(diào)小一點，頻率也可以低一點；如果你想要深度按摩，就可以加大振幅和頻率。我自己就有一個振動按摩器，每次運動完之后，用它按摩一下腿部肌肉，那種酸酸麻麻的感覺很舒服，而且肌肉也能很快地放松下來。3、**地震儀中的振動利用**地震儀是用來檢測地震的儀器。它也是利用了振動的原理。當(dāng)?shù)厍虬l(fā)生地震的時候，會產(chǎn)生地震波，地震波傳播到地震儀這里，就會使地震儀里面的一些部件發(fā)生振動。地震儀通過檢測這些振動的特征，比如振幅、頻率、振動方向等，就可以判斷出地震發(fā)生的位置、震級等信息。這就像是地震在和地震儀“說話”，地震儀通過“聽”地震的“聲音”（也就是振動）來了解地震的情況。##六、課程總結(jié)同學(xué)們，今天我們學(xué)習(xí)了生活中的振動。我們回顧了機械振動的基礎(chǔ)知識，像振幅、周期和頻率這些重要的物理量。然后我們又講了很