对它唱首歌，它就“活”了！？ | 正经玩

不知道大家还记不记得《功夫》中包租婆的狮吼功

那一嗓子，分分钟把楼都掀翻

害，谁不想有盖世神功呢

奈何骨骼不够清奇啊

不过，只要方法用对了

或许声音真能有用武之地？

实验器材

所标杯、金属丝、纸杯、小风车、纸环

实验过程

首先用金属丝在纸杯下方扎个洞

然后在纸杯边缘处扎个洞

将金属丝弯一个直角

然后依次穿入纸杯的洞中

将纸环穿入金属丝中

然后对着纸杯“高歌一曲”

发现纸环转动了起来

用小风车会有什么不同呢？

实验过程

声带振动带动了空气振动，声波被杯子聚拢，传导到铁丝又使得铁丝振动。铁丝振动的时候，会带动没有定死的小圆盘一起振动。

小圆盘的振动一开始是没有规律的。当小圆盘振动的频率和铁丝振动的本征频率耦合时，会产生共振。对于这个频率，小圆盘会做圆周运动。

大家可以尝试一下，如果改变声音的高低，即声带振动的频率，铁丝振动的频率也会改变，这时耦合就会消失，小圆盘不在旋转。

共振这一现象是我们在学习物理的过程中很早遇到的概念，当两个频率相同方向相同的振动相互叠加时，振动的幅度会最大。

共振

当一个物体受到某一频率的外界力所驱动时，它的运动方程为：

对于这一非齐次二阶常微分方程，我们只考虑稳态：

其中,为其共振频率,为其粘滞系数。

可以看出，当外部频率接近共振频率时，振幅会迅速增大。

对于转动方程来说过程是一样的。我们只需做一些简单的替换，将质量改为转动惯量，位移改为转动角度，当外部驱动频率接近共振频率时，小风车便会快速的转起来。

通常一个体系中的振动与转动并非相互独立的，它们会存在一些耦合作用。比如两个弹簧连接的物体围绕着他们的质心旋转时，可能会产生旋转联振的情形，导致体系旋转的的角速度发生振荡，所以直升机的设计中必须包含减震装置，否则旋转联振会引起螺旋桨的速度振动导致灾难的发生。

你，愿意和小编产生共振吗？

参考资料：

《Quartz Crystal Tuning Fork in Superfluid Helium》                               

Wikipedia

上期回顾

我的世界666的实验分享如下：

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恭喜这位同学获得《不可不知的数学知识：10个改变世界的数学公式》

               分享赢得纪念品          

对于 本期实验 的投稿

我们将在 下期 进行投票

我们将为票数最高的 三位 同学

送出所标杯～

编辑：荔枝

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