機械與電學振動
共振(resonance)
在恰好的時刻推鞦韆上的小孩——配合鞦韆自身的節奏——微小的推力便累積成巨大的弧線。時機不對,你的推力互相抵消,什麼也不會發生。共振就是那種戲劇性的累積:當外力以接近系統自然頻率的頻率施加時,即使是小力也能產生巨大的響應,因為每一次推都加到已有的運動上。
在頻率響應曲線上,共振就是那個高峰:穩態振幅 R(omega) = F_0 / sqrt((k - m omega^2)^2 + (c omega)^2) 在驅動頻率 omega 趨近 omega_0 = sqrt(k/m) 時變得很大,因為分母中的主導項 (k - m omega^2) 幾乎抵消為零。唯一阻止 R 完全爆炸的,是阻尼項 c omega。所以峰雖大但有限,而阻尼越輕,它就越高越尖。
共振是雙刃劍。它是讓收音機從空中挑出一個電台、讓核磁共振機翻轉原子核、讓歌劇演唱者震碎玻璃的原理。但它也是工程師的噩夢:行軍士兵可能使人行橋共振、風可能使煙囪或吊橋共振、轉速不對的引擎可能把機器搖散。整個振動控制學科,大半就是讓驅動頻率遠離自然頻率,或加阻尼來馴服那個峰。
以接近 omega = 10(自然頻率)的頻率驅動 x'' + 0.1 x' + 100 x = cos(omega t),使穩態振幅膨脹——輕阻尼 0.1 讓響應達到約莫慢速驅動所產生的十倍。
讓驅動頻率匹配 omega_0 = 10,便把小力變成大響應。
共振並不需要零阻尼。任何真實的輕阻尼系統都呈現一個大但有限的峰;只有理想化的無阻尼情形(純共振)才給出無上界增長的振幅。人們常把兩者混為一談。
又称
另见