击此彼应的共鸣

击此彼应的共鸣

做一个关于“自鸣杯”的小实验。

将两个相同的高脚玻璃杯放在桌子上，两杯相距两厘米，分别向两个杯子里加入相同多的水。用湿手指慢慢摩擦一个杯子的口，会产生很响的嗡嗡声;这时，另一只杯子也会产生相同的声音。这种现象就叫“共鸣”。

物体的共鸣是由共振产生的。所以，要揭开共鸣之谜，先得从共振入手。

一个物体，当它振动起来以后，不再对它施加外力，任其自然，这种振动就叫自由振动，也叫固有振动。物体在自由振动时，它的频率是一定的。这个频率就叫这个物体的固有频率。

声源的振动世界如此。用筷子敲一下玻璃杯，玻璃杯发生了自由振动，我们听到了响声。敲一下鼓，打一下锣，都会引起它们的自由振动，鼓声和锣声都是自由振动发出来的。

这说明，物体自由振动时的固有频率是由它本身的各种条件决定的。固有频率不受外力影响，不管作用于它的外力是小是大，它的振动频率总是一定的。

当然，也有一种跟自由振动不同的受迫振动，它受策动力的作用产生有规律性的变化。如缝纫机的针头上下振动，孩子在床上跳动引起的床板振动，都是属于受迫振动。

共振是物体经常发生的现象，在很多场合下是有害的。让我们来看一看几则关于共鸣和共振的小故事。

我国唐代《刘宾客嘉话录》里，记载了这样一个有趣的故事:洛阳的一座古庙里，某和尚房间里的一个磐，敲击时可以发出悦耳的声音。但这个磐经常不敲却自鸣，和尚很害怕，反复琢磨也找不出原因来。

后来，和尚把磐锁在一间空房子里，它仍然不敲自鸣。和尚百思不得其解，竟因此吓得大病一场。他的朋友曹绍夔听说后，特地去看望他，问明了事由，就仔细研究起来。他发现当寺院敲钟时，磐也响起来了，而且每次自鸣都出现在庙里敲钟的时候。

第二天，曹绍夔用一把锉刀在磬上锉了两下，说句:“善哉，善哉。”那磐就不再自鸣了。和尚问其道理，曹绍夔笑道:“此磬与律合，故击此彼应也。”这就是共鸣。

19世纪中叶，在法国里昂附近有一座102米长的桥，一队士兵以整齐的步伐走在桥上。突然桥由于发生共振而倒塌，士兵们落入水中。在这次事件中，死亡226人。以后，部队过桥都不许齐步走，只许便步走。

共振在很多场合是有害的，必须设法防止。例如，有经验的人挑水的时候，总是把两头的绳子放长一些，这样挑起来要稳定些，同时还要在水面上放一片木板。放长了绳子可以使担子的固有频率变小，与人肩头摆动的频率错开;加上木板防止了水和肩头摆动发生共振，避免水溅到桶外。

再如，火车轮和车轨缝相撞时也可能引起共振。在制造火车时必须考虑到车厢下弹簧的固有频率，防止发生共振。冲床、汽锤和各种机械在工作时都有一定的频率，工程师在设计厂房和安装设备时，也应当采取措施，避免发生共振。

但是，我们也可以变害为利，让共振来为我们服务。

在煤矿工业里常用共振筛来分煤炭和碎石。还可以利用共振破冰，为船舶开道。我国科技人员还利用共振原理，研究出了木材切削新工艺和新设备，等等。

利用物体共振产生共鸣原理制成的乐器，更是比比皆是。

共鸣的现象早就被古代科学家注意到了。2300多年前的庄子，就讲过调瑟时发生共鸣的现象。他说，在清静的房间里调瑟上的do弦，别的do弦也动了;调mi弦，别的mi弦也动。这是因为“音律相同的缘故”。

人们正是利用这种音律相同的原理制造乐器的。

中国民间乐器二胡，构造很简单，由一个木柄，两根弦和一个琴筒组成。琴弦是二胡的发声体，它们通过弹拨或摩擦而振动发音。但是弦很细，与周围空气的接触面积很小，再强烈地振动，也搅动不了多少空气，所以它发出的声音也不会很强。

但是，把弦的振动通过琴码传给蒙皮，再引起腔体里空气的振动，情况就不同了。蒙皮与空气的接触面很大，蒙皮一振动能搅动许多空气，这样就把声音“放大”了。二胡下边的蒙皮和腔体，就是共鸣箱。当共鸣箱体的固有频率和弦的频率合拍时，就发生共鸣。

乐器的共鸣箱不仅有放大作用，而且兼有改善乐器音色的作用。例如，音箱的固有频率在低音范围，演奏到某些音调时，由于共鸣的作用，泛音可以很强，使音色优美动听。在这方面，充分显示了中国人民的聪明智慧。