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同样的现象也发生在现代,在操场的秋千上,如果你推动一个坐在秋千上的人,跟着它的自然摆动间隔一样,这个人就会摆得更高。若推得更轻或者更重就会干扰共振频率。这是因为当秋千的摆动和它的自然振动速率一致的时候,其所承受能量被放大了,当它们不“同相”的时候,推动的反作用力减少了摆动的能量。而当秋千远离你时推动它则毫无用处。因为没有能量转移到秋千本来的振动产生的运动当中。秘诀是,要在秋千每一次往返运动中适时地推动,才能得到最大的冲击力(希望不要因此让你的孩子飞得过高,跃过横栏坠在沙地里)。
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共振概念简单地说就是当物体产生同步的时候,它们连贯地似水般流动。当不同步时,它们会强迫地消耗掉更多的能量,而由此阻止共振产生。有趣地是,伽利略也是首位研究声音频率的科学家。他用不同的速度刮擦一个凿子,将各种不同声音的音高和凿子蹦跳的间隔连接起来,从而测定它们的频率。他在他1632年的《关于两个首要的世界系统的对话》(Dialogue Concerning the Two Chief World Systems)一书中记载了这一发现。伽利略的成果为后来的音流学(cymatics)发展产生了帮助,音流学就是研究与物理形态有关的振动现象,这种物理形态产生于某种特殊的传导体发出的声波的相互作用。
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音流学是一个十分重要的概念,它为我们将要探讨到的其他一系列理论建立了基础。
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已故博士和研究员汉斯•珍妮(Hans Jenny)在1967年发表了他的一部双语著作《音流学:波和振动的结构和动力》(Cymatics: The Structure and Dynamics of Waves and Vibrations)。在这本书中,珍妮跟两百年前的克拉尼(Chladni)一样,给我们看了这样一个现象,那就是把多种材料如沙子、铁屑、水、粘稠物等放在振动着的铁片或者薄膜上。短时间后,各种不同的形状、动态、样式出现,从近乎完美的整齐和固定到混乱的、有组织的,不断运动着。
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珍妮将这一新研究领域称之为音流学,它来自于希腊文:kyma,意思是“波”。音流学在广义上也可以被定义为研究振动怎样产生和影响形态、形状和运动过程。
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这是一个三位一体的现象。基本的和具有生产力的动力存在于振动之中,振动用它的周期性并使用其两极支撑这一现象。在一极形成了象征性的形态,在另外一极则是运动,即动态过程。
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在这三个领域中,振动及其周期性是其基域,形态和运动是其两极,一起构成了一个不可分割的整体,尽管有时某一方面能够占据主要地位。难道说这种三位一体与科学的一致性有关?的确如此,美国的磁极和音乐治疗家约翰•比列(John Bealieu)说道。在他的书《音乐和声音的治疗艺术》(Music and Sound in the Healing Arts)中,借鉴珍妮的理论提出了自己的三体结构理论,并把它和科学家们通过研究亚原子粒子得出的结论做了一个对比。“在音流学和量子粒子之间有某种相似性。在两种情形下,看起来都是固体形式,实际上也是一种振动产生的波。它们都是由振动的原理所创造和构成的。伟大的秘密是并不存在真正的固体!所有看起来固态的事物都是由潜在的振动产生的。”
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在量子学领域或者振动领域之中的、在波和形式之间的统一性或者说潜在的振动特征,这种特征被我们理解为现实世界,他们断定这些粒子或者外形,振动或者运动就是证明现实的两个极点,这个现实就是:振动。
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在我们进一步理解共振的时候,我们必须花点时间弄清楚驻波的概念。驻波就是一个稳定的波遇到了一个“反射障碍物”或者另一个波。入射波和反射波在同一速率运动,但是因为它们朝着反方向运动,其中一个波的波峰和波谷对另一个波的波峰和波谷产生了干扰。波峰和波谷形成了一种图案,这种图案被称为“节点”或者“反节点”,是由一些静止的点和波峰、波谷组成。
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最强的驻波发生在波与波之间发生发射时,并且匹配完全正确的尺寸和形状,让入射波与它们自己的反射、再反射之间产生同相性。这种情况下产生的频率就是一个物体内的振动而生的共振频率。一连串不同波长的音波发生反弹,反射和再反射,就产生了我们所听到的敲击音叉时的声音。音叉在一个特定的音高发出声音,取决于声波在一秒内从物体的一头到另一头来回往复传送的次数。同步或者同相的声音伴着相匹配的共振频率,实际上产生了更大的波形或者振动,直到“阻尼”产生,从而终止整个过程。(想象一下:一名歌剧演唱家用她的高音震碎了一块振动着的玻璃,而使它停止振动。)
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自然共振
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整个自然界都存在着共振,在很多人造器具中也是如此,一些自然的和人造的共振包括:
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1. 乐器和声带产生的声学共振。
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2. 现代钟表的计时机械装置;机械表中的摆轮和石英表里的石英晶体。
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3. 芬迪湾的潮汐产生的共振。
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4. 月球和太阳系的一些气态巨星的轨道共振。
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5. 耳蜗的基底膜的共振,这种共振能够让人们区分出不同声音的频率和音调。
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6. 安置在镍锌铁氧体细杆上,用做调幅广播天线使用的共振拾音器线圈(比波段要小得多)。
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7. 调谐电路上的电子共振,使私人电台或者电视能够被收到。
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8. 光学谐振腔创造的激光光束。
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9. 一定乐音的音高使水晶酒杯震碎(符合它的共振频率时)。
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由维基百科提供
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如果所有这些科学让你感到饥饿,别担心!你会发现共振与你烹饪的食物也有关联。比如,你知道了不起的方便小堡垒——微波炉——在工作时并没用使用外部热能吗?你又相信共振是其原因吗?想吃一块又厚又多汁的美味牛排?把牛排放在微波炉里面,微波辐射自炉体内部产生。采用和牛排中的水分子同样的共振频率,从内部加热和烹饪牛排。怎么可能呢?尽管这美味的牛排在我们看来是固体状,实际上它是一团蕴含水分的不停振动着的分子。微波产生的能量(因此,振幅——即振动运动的程度,是由交替着的振动波从中间位置到最大值偏移的平均值计算出来的)加热并将这块生肉和水变成美味多汁、令人垂涎的上等腰肉牛排。
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