谐振是什么原理 谐振原理及其应用

1、什么是谐振

谐振是指在物理系统中，当外界施加一个频率等于该系统自然频率的周期性力作用下，物体会发生振动，振幅因谐振而极大增强，这种现象被称为谐振。

常见的谐振包括弹簧振子、电路谐振等。

2、谐振原理

物理学中，所有物体都有自然的频率，也被称为本征频率。当外力作用于系统时，如果外界力的频率接近物体的自然频率，系统就会出现共振，这种现象就被称为谐振。

谐振的原理是共振。当外部频率与系统的本征频率接近时，强制震荡会导致系统振动幅度的增加，直到其发生共振。当共振发生时，系统能量的储存和释放将在谐振频率上得到最大化，振动就会不断地维持下去。

谐振还可以引导能量传递，因为在真正的共振条件下，无论你在振动系统的哪个点添加能量，能量都会沿着共振模式在系统中传递。

3、谐振的应用

1. 扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）的控制系统，利用针尖对样品表面之上的离子进行共振激发，将针尖随之共同振动，使得针尖与样品表面相对的距离维持在一个非常小的范围内，从而获得样品表面的原子级别影像；

2. 塔吉特（Taguchi）方法，是在谐振的特定频率上，利用损害检测平面板材料的方式，优化工业领域的基于实验的设计，以提高制造中的可靠性和效率。

3. 共振传感器，利用共振原理来检测频率和幅度，测量一系列物理量，如加速度、压力、力、转动等。

4、谐振的风险

谐振机理的不良后果之一就是线缆断裂。这种状况被称为谐振断裂，有时也称为固有频率振荡。谐振断裂现象最明显的例子就是台风，它的强风对桥梁产生共振，会导致桥梁断裂。51年美国塔科马海峡大桥坍塌就是谐振失控的惨痛教训。

此外，谐振也可能对其他设备、机器和结构造成损害，如发电机、汽车引擎、甚至地震对建筑物的影响也是一种谐振形式。