机械振动与电磁振荡的妙用

赵鹏睿 崔彦彬

(华北电力大学机械工程系 河北 保定 071001)

一般地说，任何一个物理量的值不断地经过极大值和极小值而变化的现象，称为振动，振动是自然界中最普遍的一种运动形式．

电磁振荡和机械振动属于不同的物理现象，属不同的领域，都有各自的研究对象，表面上似乎互不关联，但仔细研究它们的规律时，物理本质上存在着某些共同的规律——振动原理，也就是运用振动或振荡，便将一种规则的、周期性的变化包含在一个平均值附近．

振荡现象与我们的生产生活密切相关，振动原理的应用自古有之．例如计时方法，大概除了日晷、沙漏、滴漏以外，其余的计时原理都与振荡有关，从较简单的单摆、平衡轮，直至石英钟、铵分子钟、铯原子钟，都是利用振荡现象来实现对时间的计量．进一步的考察使我们认识到，振荡过程总是伴随着反复的能量转换．例如单摆的振荡，就是动能和重力势能之间的反复变换．氨分子钟亦然，只不过是把重力换成了键力．

生产中成功运用振动原理的发明可谓俯拾皆是．有一种运送物料的装置就巧妙地利用了振动，它可以使粉状的、颗粒状的或成型的物料或产品沿直线的或螺旋的通道移动，其作用原理是非对称振动．若不是非对称，物料只能在原地振动，而不会如我们所希望的实现定向移动．而这种振荡巧就巧在只需一个工频振荡的电磁铁就可实现，从而省去了轴辊或传送带这些需要维护的部件．

振动原理的另一项成功运用是冲击钻．很难设想若没有冲击钻，岩石打孔、建筑安装或电气安装的打孔等作业将如何完成．如果只是用钻头在岩石或混凝土构件上简单地旋转，不但进度奇慢，而且摩擦的热量会使钻头前端焊接的合金钢与钻杆开焊、脱落．只有加入振动后，一方面是有力度的轴向锤击，另一方面通过旋转将震碎的残渣排出，才能实现较可观的工作效率．与此相似，风镐、混凝土振捣棒也都是振动原理的成功应用．成功运用振动原理的发明可谓比比皆是．

声学领域也是震荡应用的主要领域，很多发明和振荡密切相关的．严格地说，次声、可闻声以及超声的差别仅在于振荡频率的不同，只是根据我们的感知来加以区分的．

1877年，当爱迪生第一次把唱头的唱针轻轻放在录音锡简上时，他在该领域开创了新纪元．因为在此之前谁能认识到声音竟然是可以储存的?也没有人敢设想让机器来模仿人的声音．这是爱迪生对振动现象的一次经典运用．

量变导致质变，声振荡频率的差异必然导致其特性的差异．例如，次声不易衰减的特性可以用来预测灾变，利用次声与人体脏器的共振而产生了次声武器．超声则在非常宽泛的领域显示出神奇的功效．例如在医疗方面用于诊断治疗，航海方面用于声纳，工业方面用于探伤、钻孔、成像、干预化学反应等．

电磁振荡对社会进步的贡献怎么说也不过分．1865年麦克斯韦方程预示了电磁波的存在．此后，在1887年赫兹通过实验证实了麦克斯韦理论的正确，自此，我们生活的空间就增加了一种新的存在——电磁波．严格地说是人工产生的电磁波，因为自然形态的电磁波一直就充斥于宇宙空间．无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波，它们的区别仅在于波长不同，但都以光速传播．自从19世纪末意大利人马可尼和俄罗斯人波波夫各自成功地进行了无线电通信试验以来，人们在这领域的探索就一发不可收拾．最初人们尝试用不同波段的无线电波进行通讯，仅此项就够让当时的人们兴奋好大一阵子的了．然后，在1906年无线电广播出现了．1925年发明了电视机；1936年军用雷达诞生；1946年电子计算机诞生；1947年基于雷达的技术成果，微波炉诞生；1954年彩色电视诞生；20世纪末手机诞生了，手机的出现极大地改变了我们的生活，以至于今天的人们很难想象，如果没有手机我们将如何应对日常事务．

这一切都源于振动与振荡，而这些成就大多集中在近200年的时段里．振动与振荡现象为我们的发明创新提供了无穷无尽的可能性和想象空间，而我们在这领域的探索才刚刚开始．

任何事物都有两方面，振动虽然改变着我们的生活，影响着世界的进程，但是，振动引起的噪音会影响人们的身体健康，过大的振动会影响加工精度、仪表的测精度、控制系统失灵等．机械振动还要消耗能量，影响机械的效率，强烈的振动会引起零部件结构破坏，甚至造成严重事故．