趙鵬睿 崔彥彬

(華北電力大學(xué)機(jī)械工程系 河北 保定 071001)

一般地說，任何一個物理量的值不斷地經(jīng)過極大值和極小值而變化的現(xiàn)象，稱為振動，振動是自然界中最普遍的一種運動形式．

電磁振蕩和機(jī)械振動屬于不同的物理現(xiàn)象，屬不同的領(lǐng)域，都有各自的研究對象，表面上似乎互不關(guān)聯(lián)，但仔細(xì)研究它們的規(guī)律時，物理本質(zhì)上存在著某些共同的規(guī)律——振動原理，也就是運用振動或振蕩，便將一種規(guī)則的、周期性的變化包含在一個平均值附近．

振蕩現(xiàn)象與我們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，振動原理的應(yīng)用自古有之．例如計時方法，大概除了日晷、沙漏、滴漏以外，其余的計時原理都與振蕩有關(guān)，從較簡單的單擺、平衡輪，直至石英鐘、銨分子鐘、銫原子鐘，都是利用振蕩現(xiàn)象來實現(xiàn)對時間的計量．進(jìn)一步的考察使我們認(rèn)識到，振蕩過程總是伴隨著反復(fù)的能量轉(zhuǎn)換．例如單擺的振蕩，就是動能和重力勢能之間的反復(fù)變換．氨分子鐘亦然，只不過是把重力換成了鍵力．

生產(chǎn)中成功運用振動原理的發(fā)明可謂俯拾皆是．有一種運送物料的裝置就巧妙地利用了振動，它可以使粉狀的、顆粒狀的或成型的物料或產(chǎn)品沿直線的或螺旋的通道移動，其作用原理是非對稱振動．若不是非對稱，物料只能在原地振動，而不會如我們所希望的實現(xiàn)定向移動．而這種振蕩巧就巧在只需一個工頻振蕩的電磁鐵就可實現(xiàn)，從而省去了軸輥或傳送帶這些需要維護(hù)的部件．

振動原理的另一項成功運用是沖擊鉆．很難設(shè)想若沒有沖擊鉆，巖石打孔、建筑安裝或電氣安裝的打孔等作業(yè)將如何完成．如果只是用鉆頭在巖石或混凝土構(gòu)件上簡單地旋轉(zhuǎn)，不但進(jìn)度奇慢，而且摩擦的熱量會使鉆頭前端焊接的合金鋼與鉆桿開焊、脫落．只有加入振動后，一方面是有力度的軸向錘擊，另一方面通過旋轉(zhuǎn)將震碎的殘渣排出，才能實現(xiàn)較可觀的工作效率．與此相似，風(fēng)鎬、混凝土振搗棒也都是振動原理的成功應(yīng)用．成功運用振動原理的發(fā)明可謂比比皆是．

聲學(xué)領(lǐng)域也是震蕩應(yīng)用的主要領(lǐng)域，很多發(fā)明和振蕩密切相關(guān)的．嚴(yán)格地說，次聲、可聞聲以及超聲的差別僅在于振蕩頻率的不同，只是根據(jù)我們的感知來加以區(qū)分的．

1877年，當(dāng)愛迪生第一次把唱頭的唱針輕輕放在錄音錫簡上時，他在該領(lǐng)域開創(chuàng)了新紀(jì)元．因為在此之前誰能認(rèn)識到聲音竟然是可以儲存的?也沒有人敢設(shè)想讓機(jī)器來模仿人的聲音．這是愛迪生對振動現(xiàn)象的一次經(jīng)典運用．

量變導(dǎo)致質(zhì)變，聲振蕩頻率的差異必然導(dǎo)致其特性的差異．例如，次聲不易衰減的特性可以用來預(yù)測災(zāi)變，利用次聲與人體臟器的共振而產(chǎn)生了次聲武器．超聲則在非常寬泛的領(lǐng)域顯示出神奇的功效．例如在醫(yī)療方面用于診斷治療，航海方面用于聲納，工業(yè)方面用于探傷、鉆孔、成像、干預(yù)化學(xué)反應(yīng)等．

電磁振蕩對社會進(jìn)步的貢獻(xiàn)怎么說也不過分．1865年麥克斯韋方程預(yù)示了電磁波的存在．此后，在1887年赫茲通過實驗證實了麥克斯韋理論的正確，自此，我們生活的空間就增加了一種新的存在——電磁波．嚴(yán)格地說是人工產(chǎn)生的電磁波，因為自然形態(tài)的電磁波一直就充斥于宇宙空間．無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線都是電磁波，它們的區(qū)別僅在于波長不同，但都以光速傳播．自從19世紀(jì)末意大利人馬可尼和俄羅斯人波波夫各自成功地進(jìn)行了無線電通信試驗以來，人們在這領(lǐng)域的探索就一發(fā)不可收拾．最初人們嘗試用不同波段的無線電波進(jìn)行通訊，僅此項就夠讓當(dāng)時的人們興奮好大一陣子的了．然后，在1906年無線電廣播出現(xiàn)了．1925年發(fā)明了電視機(jī)；1936年軍用雷達(dá)誕生；1946年電子計算機(jī)誕生；1947年基于雷達(dá)的技術(shù)成果，微波爐誕生；1954年彩色電視誕生；20世紀(jì)末手機(jī)誕生了，手機(jī)的出現(xiàn)極大地改變了我們的生活，以至于今天的人們很難想象，如果沒有手機(jī)我們將如何應(yīng)對日常事務(wù)．

這一切都源于振動與振蕩，而這些成就大多集中在近200年的時段里．振動與振蕩現(xiàn)象為我們的發(fā)明創(chuàng)新提供了無窮無盡的可能性和想象空間，而我們在這領(lǐng)域的探索才剛剛開始．

任何事物都有兩方面，振動雖然改變著我們的生活，影響著世界的進(jìn)程，但是，振動引起的噪音會影響人們的身體健康，過大的振動會影響加工精度、儀表的測精度、控制系統(tǒng)失靈等．機(jī)械振動還要消耗能量，影響機(jī)械的效率，強(qiáng)烈的振動會引起零部件結(jié)構(gòu)破壞，甚至造成嚴(yán)重事故．