段艷芳
1890年的一天,天氣晴朗,陽光照耀的蔚藍海面上,一艘巨輪破浪前進。一切都是那么賞心悅目。為了趕時間,船長下令改變行進速度。舵手剛剛改變了航行速度,突然巨輪劇烈顫動起來。一時間,人們不知發生了什么事,頓時驚慌不已、方寸大亂。船長也莫名其妙,急忙命令船員查找原因,并讓舵手拼命掌握好方向。船員檢查的結果,機器運轉正常,沒有發現任何故障,但輪船還是顫動不停,而且愈來愈厲害。不久,這艘巨輪就沉沒了。
這艘船究竟為什么沉沒?后來組織專家對沉船進行了認真的調查,對各種可能的原因進行了分析。發動機直到沉沒之前,未發現任何故障。是暗礁嗎?可這一帶海況很好,沒有暗礁。惡劣的天氣?那天的天氣非常好,氣象原因也被排除。學者們百思不得其解,總不能說突然來了妖魔把船吃掉了吧。
直到20世紀中期,這個謎團才被科學家揭開。原來,導致這艘輪船沉沒的是一個看不見的殺手———共振。共振是什么?當兩個物體固有頻率相同,其中一個振動,另一個也會隨著發生振動。據《莊子》記載,有一個叫魯遽的人,能歌善談。有一次,他向眾人做了這么一個表演,他拿了兩個大小、形狀、構造都相同的瑟,并且把其中一個放在堂屋里,另一個放在另一間房子里。當他在堂屋里彈出“宮”音時,另一間屋子里那個瑟也自動發出了“宮”音;當他在另一間房間里彈出“角”音時,堂屋里的這一個也跟著發出“角”音。
模擬實驗的結果顯示,那艘巨輪的設計有先天的缺陷。當輪船的航行速度到達某一數值時,機器的振動周期和船身的固有周期剛好一致,于是發生了共振現象,船體的劇烈振動導致了悲劇的發生。
共振這個看不見的殺手,還可能在很多地方逞兇作亂。
終年積雪的山地上,每當春天來臨的時候,冰雪開始融化,變得松軟而多裂紋。有時,一個動物的吼聲,使得空氣發生振動。這振動的周期一旦和雪層中的某一部分的周期相同,就引起雪層的共振,轉眼間大片雪層呼嘯而下,就形成了危害性極大的“雪崩”。在建筑、航海等方面都必須考慮共振的影響,稍有疏忽就會引起災難性的后果。航天飛船在發射升天和返回地面的時候要經受劇烈的、各種頻率的振動,設計師要想避免一切共振的發生,是很困難的,這是航天技術的一個難點所在。