谐振是物理学中常见的概念,指的是在某些条件下,系统对特定频率的外界激励有较强的响应,产生大幅度的振荡。谐振现象包括了机械、电学、光学等领域,并具有许多实际应用。那么,为什么会有谐振呢?下面从几个角度来进行阐述。
在机械、电学、光学等领域中,谐振的物理基础都基于振动的概念。振动是物体相对平衡位置发生周期性的移动,是一种形式上的周期性运动。当物体受到外部激励时,如果激励与系统的固有振动频率匹配,系统会受到共振的影响,产生谐振现象。这就类似于我们推人在弹簧床上起伏,推的频率和床弹簧自身共振,导致人的起伏越来越大的情况。
谐振和共振是密切相关的,但又有区别。共振指的是系统对特定频率的外部激励有较强的响应,并产生大幅度振荡。而谐振指的是外界激励的频率和系统固有振动频率相等时,系统达到最大的振幅,其振幅与扰动频率成正比。
因此,可以认为谐振是共振的一种特殊情况,它发生的频率和系统自身的固有振动频率恰好相等。而共振还包括了激励频率与系统自身固有频率不完全匹配的情况。
由于谐振具有特殊的物理效应,因此在实际中有许多应用,如共振吸声、共振加速器、共振电路等。其中,共振吸声是运用谐振原理来制造吸音材料,降低噪音污染;共振加速器利用粒子在电磁场中的电荷和质量相互作用,不断加速达到高速运动;共振电路中,当电路的频率与谐振频率相等时,电路会产生共振,电流和电压会大幅度增大,从而使用谐振电路可以增大输出功率。