初中物理声现象小故事

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共振与共鸣

一九○六年俄国首都彼德格勒（今列宁格勒）有一支全副武装的沙皇军队，步伐整齐，不可一世地通过爱纪毕特大桥。这座大桥十分坚固，纵然跑过千军万马也难以撼动。可是正在指挥官洋洋得意的时候，突然间哗啦一声巨响，大桥崩塌了。顿时间，官兵，辎重、马匹纷纷落水，马嘶人号，狼狈不堪……。经过长期追查研究，发现并不是有人故意破坏，肇事的就是受害者自己。伤亡事故的根本原因是「共振」在作怪。

什么叫共振呢？可以打个粗浅的比方来说明：一个人坐在秋千板上不动，另一个人一下一下地推，假设每当秋千荡去的时候就推一下，如此合拍她进行下去，秋千会越荡越高。用严格的物理学语言来说，振动体在周期性变化的外力作用下，当外力的频率与振动体固有频率很接近或相等时，振动的幅度就急剧增大，这种现象叫做共振。上面所提到的那些军人的步伐太整齐了，而其频率恰好接近于爱纪毕特大桥作自由振动的固有频率，激起了桥梁的共振，结果造成了大事故。为了接受这次血的教训，此后世界各地都先后规定：凡大队人马过桥时必须碎步走，极力避免这种破坏性的共振现象重演。

前面已经说过，发声体就是一个振动体。它在空气中造成的声波，也可以使另一个物体发生振动，如这物体的固有频率接近或相等于声波的频率，就发生共振，使这个物体的振动幅度很大，因而也就发出了相当大的声音来。这种发声体的共振，叫做共鸣。

几则关于共鸣的故事

东汉以后三国纷争年代，有一天，魏都洛阳宫殿前面的一口大钟，突然无缘无故地鸣响起来。满朝文武议论纷纷，有的以为是不祥之兆，也有人乘机献媚，把它说成是祥瑞，替皇帝歌功颂德一番。至于魏帝本人则疑虑重重，他本来就担心司马氏集团有不臣之心，对曹家天下虎视耽耽，觊觎已久。这次大钟不敲自鸣，莫非就是上天给他的某种暗示？总之，造件事闹得他心惊肉跳，简直惶惶不可终日。

事情传到青年张华耳中，只见他思忖片刻，从容说道：「那没有什么值得大惊小怪的地方，不过是因为四川铜山有山崩发生，因而引起宫中大钟相应自鸣罢了。」当时崇尚迷信，张华的科学见解犹如「阳春白雪，和者盖寡。」可是几天以后，四川的消息飞来，正是在洛阳钟自鸣的那个时辰，蜀中发生了一起铜山崩塌事件。张华的预言应验了，从此名声大振，而魏晋也总算吃了一颗定心丸，于心稍安。

又有一天，一个人来向张华请教，说是他家有一个洗澡用的大铜盆，每日早晚总会嗡嗡作响，就像有人在敲打一般，也不知什么缘故。张华答道：这只铜盆和洛阳宫中大钟的音调相谐，宫中每天早晚都要撞钟，所以使铜澡盆有声相应。张华还告诉他只要把铜澡盆锉掉一点，使它变轻了，便不会再作响。那人照着去办，果然就不响了。张华能用共鸣原理去解释它，并提出了消除共鸣的办法，实在是很了不起的。并且启发了后人，唐朝人韦绚写的《刘宾客嘉话录》及添了一段佳话：




唐朝时，洛阳某寺院里一个和尚得到了一个磬，他视为至宝，放在房中。不料那磬常常无故自鸣，尤其是半夜里会突然响动，犹如鬼使神差一般，实在吓人。这个和尚疑神疑鬼，又不敢把它怎么样，唯恐招致更大的祸害；叉忧又急，竟生起病来了。当时管理皇家音乐事项的「大乐令」曹绍夔跟这个和尚颇有交情，听到和尚生病的消息，特地赶来问候。谈起病因，和尚不好意思地说；「实不相瞒……」接着一五一十地把事情的经过都告诉了曹绍夔。曹绍夔听着听着，正好那个时候前殿的斋钟响了，磬也跟着自鸣。此时曹绍夔已心中有数，本当一语道破，但他素来喜欢热闹，爱开玩笑，于是便导演了一出滑稽剧。他故弄玄虚，对和尚说，他有祖传的道法：可以为之驱邪捉鬼。但要有条件，和尚须广延宾客，大摆宴席，他才便于施法。那和尚觉得曹绍夔文质彬彬，怎斗得过魔鬼、但为了活命，还是一口应允下来。次日和尚如约设盛宴招待。曹绍夔不慌不忙地饱餐一顿，又装模作样地从怀里把「法宝」掏了出来。宾客们怕鬼，离得远，看不真切那法宝是啥玩意见。只见曹绍夔拿它在磬上的几个地方磨锉一下，口称「善哉」、「善哉」，说鬼已经被赶跑了。

听说没有了鬼，宾客中胆子大的先跑上来，要见识见识那件法宝。内中有人认出那法宝其实只是一把普通的锉刀，才知道是曹绍夔的恶作剧，存心要耍笑和尚。

从此以后，那磬果然不再自鸣了。和尚问其道理，曹绍夔才和盘托出；此磬和前殿斋钟的音调相同，发生了共鸣；拿锉刀锉了以后，两者不能共鸣，自然磬就不会自鸣了。说穿以后，和尚的病好得很快，不久就痊愈了。其实，如果这位和尚除了念经之外也看看其它书籍，读一读《异苑》，了解张华和铜澡盆的故事，就不至于虚惊一场了。以物理学的观点分析张华和曹绍夔的所作为，他们知道锉了铜盘或罄以后，就改变了它们的固有频率，因此不再和外界某物的声音有某种频率比的关系，失去了共鸣的条件，共鸣也就不复存在。可以说，张华和曹绍夔都应当列入古代声学家行列。

另外，再介绍一个有关共鸣的传奇故事。传说唐朝有个音乐家善于奏琴。有一次，他在池边弹「蕤（rui二声）宾」的调子，弹着弹着，忽然有一块铁片从水底跳跃到水面上来。人们很奇怪，赶忙把它捞起来。粗看一下，不知它是什么东西，敲起来却铮铮作响，竟也发出「蕤宾」的调子。大概它就是神仙用的乐器吧！听到人间的同声呼唤，情不自禁地赶来相会了。这则故事虽然近乎荒诞不经，但细想一下，若不是懂声音共鸣的人，能编得出这段故事来吗？

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