物理教师的好帮手《物理故事三百篇》.doc

1 曹绍夔为和尚除怪 　 　　那个磬样子像个瓦钵，放在老和尚房里。老和尚每天早晚烧香念经，都要用椿锤敲磬。　　磬就发出“当！当……”的清脆的响声。可是不知怎么搞的，有时候，老和尚并没有敲它，它无缘无故自己响起来了。寺里的和尚以为出了什么妖魔，请了许多会法术的人来降妖伏魔，都没有结果。那个老和尚疑神疑鬼，吓得生了病。 　　老和尚有个朋友叫曹绍夔。他听说老和尚病得很厉害，就到寺院里去探望他，问他得病的原因。老和尚就把磬自己发出响声的怪事一五一十地告诉了他。曹绍夔很懂音乐，会修理各种乐器。他一面听，一面心里捉摸。他想：这个磬自己发出响声，决不是什么妖魔作怪，总会有什么原因。正巧吃饭的时候到了，小和尚到钟楼里撞起大钟，老和尚房里的磬又响起来了。曹绍夔心里完全明白了，他笑着对老和尚说：“你明天好好请我吃一顿饭，我来给你除怪。”老和尚不相信曹绍夔真能除怪，但是看他说得那么肯定，也许有一线希望，就真的办了一桌很丰盛的饭莱，把曹绍夔请了来。曹绍夔吃过饭，从怀里取出一把锉，在磬上这儿锉几下，那儿锉几下，锉了几处，他对老和尚说：“你放心吧，磬再也不会自己响了。” 　　打这以后，磬真就不再自己响了。老和尚问曹绍夔：“为什么那个磬被你锉了几下，以后就不再自己响了呢？”曹绍夔回答说：“这个磬的律跟你们钟楼里那口大钟的律正好相同。因此只要饭堂里的大钟一响，这个磬就跟着响起来。我用锉把磬锉了几下，它们的律就不相同了。所以撞那口大钟的时候，这个磬就不再跟着响了。”老和尚听了这番话，消除了心中的疑惑，病也就好了。曹绍夔所说的“律”，是现在我们所说的乐器的“频率”。什么是“频率”呢？就是乐器在发声的时候，每秒钟振动的次数。老和尚房里的磬和饭堂里的大钟，频率恰巧相同。小和尚一敲大钟，大钟振动起来，发出一定频率的声波。声波通过空气，传到老和尚房里的磬上，磬的频率因为和声波的频率相同，就跟着振动起来，发出了响声。这种现象，在物理学上叫做“共振”，或叫做“共鸣”。曹绍夔把磬锉了几下，就改变了磬的频率。磬的频率和大钟不相同了，就不会再跟大钟发生共鸣了。 2 从昂热桥惨案说起 18世纪中叶，法国昂热市附近有一座102米长的桥梁，一队士兵正步通过这座桥时突然发生桥梁断裂，226人掉入河中殒命。1906年的一天，俄国彼得堡封塔克河的一座桥上，一队骑兵以整齐的步伐到达桥心时，桥突然裂成数段坠入河中。这样的故事，别的地方也发生过。当时人们进行了调查，发现桥所受的载荷远远没有超过许可的范围，坍毁前也没有任何损坏的地方，这在当时是个不解之谜。随着科学的发展，人们才弄清：这种破坏事故是“共振”造成的。如果用钳子夹住钢锯条的一端，另一端用手弹一下，它就要来回振动。尽管振动幅度越来越小，但每秒钟振动次数总是不变的。这个振动次数叫物体的 　 　　大队人马迈着整齐的步伐过桥，如果步伐正好与桥的固有频率一致，桥的振动就会加剧，振幅也逐渐加大，直到超过了桥的抵抗力时，就产生断裂。现在，世界各国都有一条不成文的规定：大队人马必须便步过桥。在现代铁路运输中也要考虑共振的影响。因为火车车轮撞击轨道要发生有节奏的强烈振动，如果这个振动频率与车轮弹簧的固有频率相接近时，乘客就要大受“颠簸之苦”了；如果这个频率和所经过的桥梁固有频率相接近，同样会造成桥断车覆的后果。 　　1890年，一艘外国远洋巨轮，在大海中拦腰折断而惨遭覆灭。经分析，船的发动机和主轴中心没有对准，在运转中产生了周期性的惯性离心力，它的周期性与船体的固有频率相接近，产生了强烈振动以致使船体破坏。在现代航天、航空、航海和机器制造中，都必需考虑到共振的破坏作用。共振在工程上有破坏作用，但只要掌握了它的规律也能让它为人们服务。 3 塔科马狭桥的倒塌 1.5米，使得驾驶员看不见在它前面行驶的汽车。 　　这座桥的倒塌非常突然。有一天早上，桥突然停止振动，不一会它疯狂地扭转振动起来。30分钟后第一块路面开始坠入水中，接着有200米长的路面断开，然后振动停止了几分钟，最后又发生新的振动，将残留的桥面全部掀到水里。事后，人们对狭桥的设计老是找不出可以指责的地方，因为那时人们对于吊桥的空气动力学特性知道得很少。这场灾难在当时说来是属于不可预测的（或称不可抗拒的），但它对以后的大桥设计影响颇大。 　　研究的结果表明，是桥上竖直方向的结构板引起了桥的振动。它对风的阻力很大，风被挡之后，大量的气流便从结构板的上方经过然后压向桥面。由于吹过的气流因不断地被屈折而使速度增加，所以在竖直结构板的上方和下方压力降低（伯努利定律）。如果风总是从板的正前方吹来，那倒不要紧，因为上下方的压力降低会互相抵消。但是，如果风的方向不停地变换的话，压力就会不断地变化。这一压力差作用在整个桥面上，并因挡风的竖直结构板后所产生的涡流而得到加强，结果桥就开始振动。与这类似的情况是电话线在压力差