振盪與簡諧運動

共振

共振是當你以某物最偏愛的節奏推它時,所發生的劇烈累積。以完美的時機推鞦韆,它會越盪越高;唱出恰當的音高,酒杯可能會碎裂;在對的時刻來回搖晃卡住的車,它會猛然脫困。日常的祕訣在於時機:一個循環接著一個循環地、恰好合拍地加入一點能量。

精確地說,當外部週期力的驅動頻率與系統自身的自然頻率 omega_0 吻合、或非常接近時,就發生共振。在那個吻合處,受迫振盪的穩態振幅達到峰值。這個峰有多高、多尖,取決於阻尼:阻尼極小時峰又高又窄,阻尼較大時峰則變低變寬。

共振處處有用,從把收音機調到電台的頻率(LC 電路中的電共振),到樂器豐富的音色,以及磁振造影背後的物理。它也可能具破壞性,例如振動的機械或橋樑。兩個誠實的重點:共振需要驅動力與吻合的自然頻率兩者兼備,所以孤立的振盪體不會自己共振;而且效應並不是力變得巨大,而是能量每個循環都恰好合拍地被送入,於是不斷累積。

調收音機就是靠共振:你調整電路的自然頻率,直到它與某個電台廣播的頻率吻合,於是那個訊號被強烈放大,而其他訊號都維持微弱。

讓驅動頻率與自然頻率吻合,響應便達到峰值;阻尼越小,峰越尖。

共振需要驅動力與吻合的自然頻率兩者;它有效並非因為力大,而是因為能量在每個循環中都合拍地被加入。

又稱
resonant response共鳴