请问谁知道如何利用共振将一个玻璃杯弄碎_百度作业帮
请问谁知道如何利用共振将一个玻璃杯弄碎
玻璃杯的固有频率一般是比较高的,要找一个设备能促使玻璃杯的受迫震动的频率一样,就可以了.
共振里有一个频率叫固有频率，你敲击玻璃杯，玻璃杯发出声音的频率就是玻璃杯的固有频率。如果你能用仪器测出这个频率，再找出一个能发出这个频率声音的声源，适当调大音量，就可以把这个玻璃杯震碎。真的是靠声音共振频率震碎的吗？需要达到多少分贝？频率是多少？高音歌唱家可以做到吗？
有一期的快乐大本营陈奕迅也有玩过类似的游戏，这个原理并不复杂，也不需要多大的声音，仅仅是利用共振原理，使发出的声音与玻璃杯的振动频率一致，就足以震碎玻璃杯。不一定要高音的
刚看完这期节目，真的觉得挺惊讶的。首先我们来讨论下声音震碎玻璃杯的原理。在节目中并没有解释地很清楚当然可能也不需要过多的解释。这是共振（resonance）的一种基本运用，也是Dr.魏在后面提到的他所看到的“实验范式”。“共振（声学称为共鸣）是指一系统在特定频率下，比其他频率以更大的做振动的情形；此些特定频率称之为共振频率。在共振频率下，很小的周期驱动力便可产生很大的振动，因为系统储存有振动的能量。”（引用自）。所以，如果声音的频率与玻璃杯的共振频率相同就会引发玻璃杯的共振从而使玻璃杯在逐渐变强的震动幅度（amplitude）作用下破碎。所以想要震碎玻璃杯的话，声音的频率要与玻璃杯本身的共振频率越接近越好。并且这是一个能量积聚的过程所以这声音要一直保持这一频率。而另外我们还可以提出一个假设：声音的声压级越高越有可能将玻璃被震碎。（因为我没有相关的专业背景，我只能说这是一个假设，欢迎专业人士来进行进一步的论证和解释）我们光看节目无法得出肯定的结论。但节目中教授是以这一假设来进行实验的，而且通过实验得知即使在133 dB 的高声压比下实验用的玻璃杯并未被震碎。而在现场也没有实际测量挑战者所能发出的最高的声压级，所以我们也无法验证这一假设。我在网上找到的相近实验的解说中发现声音（使用音箱等扩音设备）震碎玻璃杯所“需要”的声压级为135 dB 到 140 dB。尽管数据取决于所使用的玻璃杯但肯定通过节目中的实验结果我们可以假定节目中所使用的玻璃杯也将在这样的分贝下被扬声器产生的声音震碎。“ At the position of the glass, it is approximately 140 dB.”“But for the glass we used the sound level was in the region of 135-140dB. ”而这样的声压级已经可以引起人体的各种不良反应。“137 HUMAN BODY VIBRATION IS STRONG -REF.1.1983
（137 dB 人体的震动已十分强烈）
137-140 HUMAN EAR ALL FREQUENCIES ARE PAINFUL -REF.1.1983
（137 - 140 dB 人耳在这些频率下感到疼痛）
140 EXTREMELY DAMAGING TO HEARING NO MATTER HOW SHORT THE TIME EXPOSURE
（140 dB 无论持续时间的长短都能对听力造成极大的损伤）”
（英文部分引用自/Decibel%20Level%20Chart.txt）
（中文部分为本人翻译以便阅读）
如果假设成立，无法想象挑战者是如何发现并联系这一技能的。另外还有一个值得怀疑的地方就是挑战者手持玻璃杯就能成功而不用手持玻璃杯时几次尝试都未成功。而其他知友指出的在《流言终结者》第三季第七集（MythBusters S03 E07）中的歌手也是手持玻璃杯成功的。（值得一提的是他成功时声音的数据为105分贝远低于上面给出的使用扬声器时的数据）我无法用我所知的知识来解释这一现象，但我也很难认同节目中挑战者给出的单纯的习惯了用手拿住的理由，因此我觉得无法完全相信挑战者的表现。总而言之，实验可以证明声音可以通过共振震碎玻璃杯但是对于单纯依靠人声震碎玻璃杯我仍持有怀疑。
快乐大本营有一期还是天天向上？陈奕迅现场演示用普通的音响连上廉价麦克，找对频率轻而易举就可以把玻璃杯震碎。所以，我看的时候认为这完全毫无难度，只要找对了频率，什么130分贝完全是扯淡。那个专家，说被测的玻璃杯的共振频率是500HZ，然后就用各种功率的音响轰击，甚至加到了130分贝，而且当时说了3个必要条件，声压，频率，持续作用时间。主持人问的时候还含含混混的说了一句，如果声压超过130分贝，就可以将杯子震碎的。那要是超不过130分贝，这杯子碎不碎呢？砖家没说！高晓松自称清华工科生，连这样基本的物理推论都参不透，而且完全不相信，表现出来的那种固执简直让我没话说了，你还是去说历史吧。现场的道具，杯子被固定到一个橡胶吸盘上，而且末端还有相当一部分长度。大家有没有注意到电脑的散热风扇，为了降低工作时的噪音，厂家普遍已经使用橡胶钉将风扇固定到散热器上，来减弱共振。而场上的道具就是这么一个削弱共振的橡胶吸盘，而花白头发的声学专家却没有发现这么大的一个bug。在前几次尝试中每次到末尾我们明显听到声音已经变得非常接近破碎了，但频率就是上不去。而吕飞龙提出要用手拿杯子时，专家还公正的迷茫了，说这会有不确定性。我就纳了闷了，这戴手套跟直接用手拿有区别吗？他这个杯子本来就应该放到一个刚性的物体上稳定的固定住。专家曾在实验室用侧得的频率一直轰击玻璃杯，而且一直加到了130分贝，杯子都没碎。（好像中学里都做过这种共振实验，杯子的碎裂并不需要多大功率的声音）那么可能就只有一个，杯子在震动的过程中，频率会有轻微的变化，绝不是一个固定的值。因为在实验室里的频率就是500HZ，一点都没有变化，而吕飞龙，陈奕迅，包括学校的实验的发声都存在着线性调整的问题，他们的发声频率是一直在变化的，是在适应调整的。不少人都在说也许是胳膊的传导作用，如果真的是起到的是震动的作用，那么频率不会太高。从声带到手指要经过好多道关节，人的关节有很强的减震作用。所以我主观上不会认为是震动方面的因素，就算是也是那种很微妙的弥补的作用。他用手拿着除了稳定的作用外，我觉得他应该是在调整角度和距离。一个人用手调整习惯的事情，换做用头来找相同的相对位置实在不是一件合情理的事。还是改不了劲头上说两句讽刺的话，高晓松的历史该看还得看。毕竟看的是你的阅历，你讲历史还是很招人喜欢的。
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对超声波电子驱蚊原理的初探
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　【摘 要】为探索传说中的电子驱蚊器的制作原理，本人查阅了有关资料、并以大学物理中的简谐振动的原理进行了理论分析。以二个谐振动的相互作用的方法和共振的作用原理进行了推敲，并有待于实践的验证。 中国论文网 /9/view-5083171.htm　　【关键词】驱蚊；谐振动；共振；分析和应用 　　早年听说美军士兵夏天出门打仗都配有电子驱蚊器。我们也只有听说没有见过，也许是军事秘密。以前在电子报上也看见过超声波电子驱蚊器的讨论，最后不了了之，可想有一定的难度吧？但是我想利用超声波或者电子驱蚊的原理不外乎一下几个： 　　其一、据说是利用蝙蝠发出超声波去吓走蚊子，因为蝙蝠是蚊子的天敌，是晚上出来捕食蚊子。蚊子感觉到蝙蝠发出超声波肯定要赶快逃命，（犹如同人类听见老虎的吼声肯定要远远的逃避）。但是不知道蚊子有没有耳朵？ 　　其二、是声波发出的噪音把蚊子驱赶（好像人们在极大的噪音环中会感觉身体和精神的不舒服），而这个我想主要的是利用物理学中的物体振动的叠加原理，发出与蚊子翅膀振动的频率相同的频率振动波，使其产生叠加、强迫振动及产生共震，破坏蚊子在空气中飞行的条件，改变蚊子的飞行方向，甚至使其掉到地上去、（犹如飞机在高空飞行时碰到气流断层会有突然掉下几百米甚至几千米的情况一样，又如人坐在波浪起伏大海的船中上下起伏一样难过）。 　　我们知道晚上蚊子飞行时人们会听见“嗡嗡”的声音，这是蚊子翅膀振动的频率的声音（音频范围）；蚊子的翅膀的振动是上下拍打空气的，而我们用扬声器发出的声音的波形应该是前后方向推动空气振动的。这样二个波形在方向上就是相互垂直的。当然我们也可以通过调整频率使扬声器发出的频率和蚊子翅膀振动的频率一样，这样我们可以把它们的运动看成在y和x方向上的振动。下面我们来讨论当二个振动的频率相同相互垂直时的运动轨迹，这就是相互垂直的同频率的简谐振动的合成。由大学物理知道：由（图1公式）看出： 　　图1 　　合成的蚊子的飞行轨迹为一椭圆，两个振幅A1和A2相等时为圆。具体的来说， 形态由相位差决定（图2）： 　　图2 　　要是振动的一个频率是另一个的整数倍比，运动方程可以用（图3）表示，运动合轨迹就为可以用 （图4）利萨如图形来描述。当二个相互垂直的振动频率不同时的简谐运动，当频率为无理数比时：其合成运动将永远不重复已走过的路径，它的轨迹将逐渐密布在振幅所限定的整个矩形面内，这种非周期性的运动称为准周期运动。这样蚊子好像是飞进了百慕大的旋涡里面。 　　图3 　　图4 　　当蚊子的翅膀的振动方向和扬声器的振动且频率和方向相同时，就是同频率同方向简谐运动的合成了，同方向同频率的两简谐运动的合成还是同频率的简谐运动。其运动表达式为：（图5），其中A如（图6）的方程所示，用旋转矢量法同样可以得出上述结果如（图7）。 　　图5 　　图6 图7 　　合成运动的轨迹可以用图8表示，其振动幅度大大增加。尤如在大海中航行的一叶小舟，人坐在波浪翻滚的海中行舟肯定不会比平地开车好受，我想蚊子肯定也不会喜欢在这样的气场中飞行的。当空气中策动蚊子的声波频率幅度足够大时，就是强迫震荡，甚至达到共振。蚊子将难以承受。 　　图8 　　当然在实际的场景中蚊子的飞行方向和驱蚊扬声器声波方向是一个三维立体的作用过程。但是不管这样，通过上面的分析可以知道，肯定是干涉了蚊子飞行的方向，甚至设置了飞行的陷阱。 　　其三、以上是音频范围内讨论简谐振动。但是在音频范围内驱蚊器发出的频率人是听得到的，晚上即使能够驱蚊对人们睡眠成了有影响的噪声也是不可取用的。当然扬声器的策动频率可以是蚊子翅膀振动频率的许多倍，甚至达到超声波的频率范围。只有达到超声波的频率，人们才听不到声音，驱蚊器才真正能够实用。 　　其四、利用共振的原理驱蚊。我们看下面的例子： 　　1831年，一队骑兵队列通过英国曼彻斯特附近的一座吊桥，他们士气饱满，纪律严明，“哒哒”的马蹄声节奏分明而且整齐有力。突然，不幸的事发生了，随着一声巨响，人和马纷纷坠入河中，死伤惨重，带来了巨大的损失。而经过调查发现，这座桥本身相当结实，也没有敌人的破坏，专家们研究出的结果是，肇事者就是骑兵们自己。这是典型的共振现象带来的结果。 　　从上面的例子可以看出，共振现象在一定程度上有着非常巨大的破坏力。什么是共振呢？它对我们的世界对我们的生活有着怎样的影响呢？我们应该怎样利用强大的它并防止上面的惨剧的发生呢？下面我们就来探讨。 　　1 什么是共振 　　任何物体产生振动后，由于其本身的构成、大小、形状等物理特性，原先以多种频率开始的振动，渐渐会固定在某一频率上振动，这个频率叫该物体的固有频率。当人们从外界再给这个物体加上一个振动（称为驱动）时，这时物体的振动频率等于驱动力的频率，而与物体的固有频率无关，这时称为强迫振动。但如果驱动力的频率f与该物体的固有频率f0正好相同，物体振动的振幅A达到最大，这种现象叫共振。 　　物体的振幅与驱动力的关系如（图9）： 　　图9 　　因此我们可以知道，在开始的那个例子中，是因为骑兵整齐的步伐使大桥作强迫振动，而且驱动力的频率f意外地大致和大桥的频率f0一样了，从而产生了共振现象，使桥梁倒塌，发生了悲剧。看来共振对我们生活的影响会十分巨大。 　　2 共振的危害 　　从共振的特点来分析，它并不需要强大的外力，而是能自动进行能量的积累，如果不适当地利用它或者避免它，共振的危害也是很可怕的。开头曼彻斯特的惨剧就是一个鲜明的例子。在我们的日常生活中，无处不在的共振现象也经常带来烦恼。 　　由大学物理的简谐振动知道，世界上每一个物体不管其大小，都有一个自身的固有频率，又叫（本征频率或特征频率），可用公式 f= 表示 。公式中f表示物体的固有频率，m表示物体的质量，k为弹性系数，2π是一个常数。由公式可以看出：固有频率f是和物体的质量成反比的，质量越大物体振动的惯性越大，这也充分说明了物质具有波和粒子的二象性。 　　同样人体的质量要比蚊子大许多。所以人体的固有频率f要比蚊子低很多，或者说蚊子的固有频率f要比人体高很多，因为人体是一个弹性体，（同样蚊子的身体也是一个弹性体），各器官都有它的固有频率，当外来振动的频率与人体某器官的固有频率一致时，会引起共振，因而对那个器官的影响也最大。经科学研究人体全身固有的振动频率在1～3 Hz，人体器官的共振频率为3～14 Hz，因此这个频率段的振动对全身的危害最强：其中人脑是8～12Hz，内脏器官为4～20Hz。在外来振动的不断激发下，人脑和内脏器官的振动频率与外来振动频率相近或相同，吸收外来振动的能量而共振，轻者能使人产生头晕、烦躁、耳鸣、恶心，强烈的全身振动可能导致内脏器官的损伤或位移 、周围神经和血管功能的改变，造成各种类型的组织的生化的变化：还可使人出现前庭功能障碍。导致内耳调节平衡功能失调，出现脸色苍白、呕吐、恶心、出冷汗、头痛头晕、呼吸浅表、心率和血压降低等症状。晕车、晕船即属全身振动性疾病。全身振动还可以造成腰椎损伤等危害。如果强度大，就能使人的心脏及其内脏剧烈抖动、狂跳，以致血管破裂，使人死亡。 　　另外还有一些共振危害的例子：持续发出的某种频率的声音会使玻璃杯震碎，行驶的汽车如果轮转周期正好与弹簧的固有节奏同步所产生的共振就能导致汽车失去控制从而造成车毁人亡……共振可以给人们带来意想不到的灾难。同样登山运动员登山时严禁大声喊叫。因为喊叫声中某一频率若正好与山上积雪的固有频率相吻合，就会因共振引起雪崩，其后果十分危险。 　　对人危害程度尤为厉害的是次声波所产生的共振。次声波是一种每秒钟振动很少、我们耳朵听不到的声波，自然界的很多现象都能产生次声波。目前已研制出次声波枪和次声波炸弹。它们利用频率为16赫兹左右的次声波，与人体内的某些器官发生共振，使受振者的器官发生变形、位移或出血。 　　3 共振的应用 　　由上面――固有频率的公式可以知道，根据人体的质量推理出人体的弹性系数，再测试出蚊子的质量，就可以计算出蚊子的固有频率大概是多少，因为蚊子的身体和人类一样都是血肉之躯，我们可以假释蚊子的身体的弹性系数应该和人体的弹性系数一致 ，这样就可以推断出蚊子的身体器官的固有频率 ―在超声波的范围。再用电子器件调整发出的超声波频率，使之达到蚊子身体器官质量的固有频率，并且产生强烈的共振信号，到了这样的共振环境中人都有生命危险难道还怕蚊子不死即伤、不逃命吗？ 　　当然参照普朗克的量子理论：E=hv，其中h为普朗克常数，v为频率。和人体共振的频率相比，驱蚊的频率越高、需要的能量E就越大。 　　下面我来推导一下蚊子身体及器官的固有频率是多少？ 　　我们设定人体质量为50公斤，由上面前人科学研究、我们已经知道：人体的共振频率为1～3 Hz，我们取3 Hz，人体的内脏器官共振频率为4～20Hz。根据f=的公式我们可以得出K=（2π?f）2?m=（2π?3）2?50g=K人，则把K人代入到f=的公式中，我们假设把人体心脏质量m为1公斤（为人体质量的五十分之一），就可以计算出心脏的固有频率为f心 =21.21Hz（计算略），接近20 Hz，和前人科学实验研究的结果基本一致。 　　同理我们在查得蚊子的质量在2～2.5毫克，我们取2毫克；我们知道蚊子和人一样都是血肉的身体故弹性系数应该差不多，就设K人=K蚊。这样代入到f=的公式中可以得到f蚊=15kHz（计算略），这就是蚊子身体的固有频率。我们知道人耳能够听见的声音频率在理论上讲是20～20kHz，但是实际上在高底端都是达不到的，尤其是在高底端远远达不到20kHz，一般最高在15～16 k Hz左右。所以蚊子身体的固有频率f蚊=15kHz已经接近在超声波的范围了，有资料上说驱蚊器的频率在22.5kHz。 　　同样我们假设把蚊子心脏质量m（为蚊子质量的五十分之一），代入到f=的公式中，就可以计算出蚊子心脏的固有频率f蚊心=106kHz。 　　通过上面的理论推导，我们知道了蚊子身体及器官的固有谐振频率在15 k Hz～106 k Hz左右，要是我们能够发出并且可以调节这个范围内的超声波频率、而且足够强大，肯定有一个或者几个频率点对蚊子特别敏感，也可以利用共振驱赶蚊子甚至直接把蚊子杀死：这样就到达了电子驱蚊器的目的。 　　在理论上说完全可以用上面的几种方法来驱赶蚊子的，但是这样的理论到底效果如何，实际应该有必要用科学和实践试验的方法来检验。我们有兴趣，有信心，用科学手段来验证驱蚊器的真假是非，给人们一个交代。如果我们试验成功，对中国的军人，对人们的社会生活，也是一个很有积极意义的事情，我们愿意为社会尽一点微薄力量。 　　参考文献： 　　[1]大学物理.叶伟国主编，余国祥副主编――北京：清华大学出版社.ISBN 978-7-302-12、12 　　[2]噪声与振动测量.王佐民编著.北京：科学出版社.ISBN 978-7-03-，3009 　　[3]量子力学导读.俞军，金烈侯，钱贤民编著.――杭州：浙江大学出版社.ISBN 978-7-308-08-1 　　作者简介： 　　陈建新（1953.10～），男，浙江绍兴人，1977年考入浙江师范学院绍兴分校，现为一级实习指导教师、实验师、高级摄影师。现从事电工电子电力拖动实验实习教学和摄影艺术研究。
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