法國拿破崙時期,一隊士兵在軍官引導下,邁著整齊劃一的步伐通過一座大橋。這座大橋十分堅固,縱然千軍萬馬也不能撼動分毫。隊伍走到一半,大橋卻瞬間崩塌了。一時間人仰馬翻,紛紛落水。經過長期追查研究,發現並不是敵人刻意損壞,罪魁禍首竟是受害者自身,是共振現象在作怪。
什麼是共振?共振怎麼發生的?這些問題都得從聲音的來源說起。我們知道聲音是由物體的振動產生的,物體的振動快慢決定了聲音的高低,物理學中把聲音的高低叫做音調。為了量化音調高低,引入頻率這個詞彙,即每秒振動次數,單位赫茲(Hz)。我們平常所說的聲音頻率都是在20~20000Hz之間,稱為可聞聲波。低於20Hz的聲音叫做次聲波,高於20000Hz的聲音叫做超聲波。有些動物比如大象依靠次聲波交流,滑坡、泥石流、地震、海嘯等自然災害也能發出次聲波,甚至運轉的機器也能發出次聲波。超聲波在生活中應用廣泛,我們可以用超聲波做成聲吶武器,可以用超聲波清潔牙齒、粉碎人體內結石。海豚、蝙蝠等動物也能發出超聲波。
了解了聲音的分類,我們再回到開頭的話題共振。共振就是當兩個物體振動頻率大致相同時,振動程度增強的現象。上面所提到的軍人步伐太整齊了,而其頻率恰好接近於大橋作自由振動的固有頻率,激起橋梁共振引發事故。為了接受這次教訓,此後世界各國都規定:凡大隊人馬過橋時必須碎步走,避免共振現象發聲。
無獨有偶,中國古代也有關於共振現象的記載。唐開元年間,洛陽白馬寺的一名和尚得到一個磬,和尚視為珍寶,秘不示人。不料這磬常常無故自鳴,和尚為此整日憂心忡忡,以為獲罪於鬼神,竟生起病來。和尚的好朋友一名曹姓樂師聽聞此事,特來探望,並詢問生病緣由。倆人談話之時,恰好寺廟裡前殿齋鐘響了,磬也跟著自鳴起來。曹樂師心中瞭然,他拿出一把銼刀在磬上銼了幾下,從此這磬再也不無故自鳴了。原來這個磬的振動頻率與齋鐘相近,齋鍾一響,磬也跟著響起來。
