在全世界的民间科学粉当中,关于美国天才科学家尼古拉斯特斯拉的传说很多,甚至可以通神。早年特拉想通过持续敲击自家后院的一根半截埋入地面的直立铁柱将地壳彻底撕裂,看到有人向我询问这个问题,我不禁胆寒,乖乖隆地东,这小特同学想要咋地?与咱们的地球有啥子仇怨?在家里搞个小玩意通过共振就想整垮地球?这心也稍微大了一点。不过不要害怕,理论和实际相差不止十万八千里。
共振实际上是振源产生的波,通过一定的媒介,传导到另一个具有相近振动频率的物体上,使其也产生振动现象,这是机械波传播的一种方式,也是机械能的传播途径之一,如果振源的波形函数与该物体的振动波形函数一致,两个波叠加,就会不断蓄积能量,最终导致破坏性后果。
生活中的共振现象:
其实在生活中,我们经常看到共振的破坏作用,比较经典的传说就是19世纪拿破仑的一支军队在指挥官的口令下排列整齐,正步走过一座桥梁,鬼使神差的是军人迈步的频率恰好等于大桥整体的共振频率,数百人的力量加上一段时间的持续能量输入,最终导致桥梁垮塌,很多士兵落水淹死的闹剧。不过这个事例恰好能够证明拿破仑的军队训练有素,步伐整齐划一,难怪前期百战百胜,是不是对这个拿破轮子的矮个子法国皇帝又多了一份敬仰之情?
另外,央视《原来如此》节目曾经做过实验,美丽的主持人龙洋调整好设备,一个飚高音的人喉咙发出的高频声波恰好等于高脚玻璃杯的振频,最终让玻璃杯不堪重负,“啪”地一声碎裂掉,这是真实的实验,让人惊叹。其实这个在工程学家看来,都不是什么太难的事。
共振搞掉玻璃杯没什么关系,搞掉摩天大楼可是非同小可。全世界超过300米的摩天大楼有数十座,在顶层工作或者游玩的人都有过体验,半杯水放在桌面,水面是晃动的,在台风季节,上海的环球金融中心(490米)顶部的晃动幅度超过2.10米,如果一直这样晃悠下去,再结实的大厦结构都要崩溃,因此人们在大厦的头部安装了摆锤结构,抵消了部分振动,才能够让楼体结构不至于弯曲。
我们在弹吉他的时候,拨动一个吉他的弦发出声音,立即用手掌摁住,在一定距离上,可以听到其它相同类型的吉他也发出声音来,这就是共振,至于声学研究里面的音叉共振,已经被研究了两百多年了。
稍微懂一点机械振动原理的人都知道,想要通过波的叠加产生更大的振幅并最终导致破坏性,需要三个不同的条件:(1)震源保持固定的频率;(2)保持一定的能量产生回波;(3)确保在回波的波峰阶段输入能量。
尼古拉斯特斯拉同学在自家后院买一根铁柱,不时敲击,只能够勉强做到第(1)点,其余两点是个人力量难以达到的,下面做详细的说明:
(1)震源保持固定的频率
这个很容易做到,找一个振动发声器,将频率调整到地壳的共振频率即可,接上电源,只要机器不损坏,可以运行数十年,特斯拉同学自己拿锤子敲击这种说法根本就站不住脚,根据后来的测定,地壳的共振频率大致在7.83Hz(舒曼共振频率,这是几十年后人们准确测出来的),小特同学每秒钟要敲击7-8下,看他能够坚持几个小时?找一个机械装置似乎更靠谱,比如内燃机、电动机什么的,做一个偏心轮,慢慢甩。
波的干涉
这种频率级别的震动属于次声波(<20Hz机械振动波)范围,作用于地面,人类基本上是感觉不出来的,除非振幅极强,不过猫狗这样的小动物或者是专门的仪器可以感知,估计特斯拉同学的邻居也不会感觉到,只是偶尔通过花园篱笆看到他这样的古怪行为,大惑不解罢了。
(2)保持一定的能量产生回波
我们都有往湖面或者池塘丢过石头的经历,激起的涟漪扩大到一定的范围就会消失,这是因为水不是物理学定义里面的刚体,震动波不可能无限传播,其实在音叉共振试验中,两个音叉距离过远,共振的音叉发出的声波就会不可测,原因就是空气不是刚体,声波在传播过程中的能量被消耗掉了。不过我们如果在澡盆那么大的水体中用手振动水面,只要频率合适,就可以轻易地将澡盆里的水激起来,而不用费太大的劲。
在高音震碎玻璃杯的实验中,玻璃的硬度极高,个体小,且横截面是一个几乎标准的圆形,回波很容易同声源的波纹重合,不断叠加,聚集能量,最后冲破玻璃杯子的承受极限,就会破碎。
问题来了,我们的地壳不是一个匀质刚体,比如我们在岩石地面发生的能量不够高的振波,通过沼泽地的时候,很大部分能量就会被耗散掉,根本就不能够产生回波,比沼泽地更广阔的还有海洋和沙漠,这些都不是刚体,波动能量在里面传播成指数级别耗散。次声波的波长在固体中传播都是几百上千公里,没有巨大的能量,是无法推动几百公里外的地壳物质产生震动的,因此小特家里的那个小小震源发出的波过不了多远就被抵消了,当然他也不敢搞大功率的振源,比如像打桩机这样的设备,否则肯定会被FBI抓起来投入监狱。可以预见,他的这个小设备产生的震动连他隔壁邻居家的猫都难以体察到。
要想让地壳这样的非均匀、非刚体巨大构造产生回波,只有持续的超级火山爆发、板块碰撞挤压、大质量小行星碰撞这样级别的能量释放才能够做到,比如1980年5月,美国的圣海伦斯火山大爆发,监测到的低频地震波环绕地球21圈,几天几夜才消停,也没见咱们的地壳碎裂成小块,全世界其它地区的人们照样安心生活。小特同学的想法是可爱的,实际操作是打脸的。就算是用前苏联的“沙皇炸弹”(5000万吨 *** 当量级的热核炸弹),那也得准备数千颗,同一地点每秒钟炸7-8颗才可以办到,不用地壳碎裂,光核辐射+热辐射就可以把人类统统干掉了。
其实人类用声波研究地球内部构造十分成功,通过定向爆炸等形式生成的声波穿透数十公里的地壳,直达地幔,通过对比回波,就可以清晰地找到地质断层信息,甚至可以描述地幔流动状态,要不然我们如何得知地球内部结构的呢?只不过这样的震动波频率都比舒曼波的频率高,在地壳内部来回振荡几次之后就消失了。同样,地震波研究也可以用来探寻石油资源。
(3)确保在回波的波峰阶段输入能量
既然特斯拉同学没有能力让地壳产生回波,也就不存在振源波峰和回波波峰叠加产生的振幅加大现象,他顶多是在家里敲敲架子鼓吧,要不,可以打报告,向孙悟空借来金箍棒试试?当然,如果特斯拉能够建造输出能量达到超级火山这样的高端设备,持续地振动一两天,地壳铁定是承受不住的,还好这家伙的脑壳没有进水。记住关键词:持续一两天,不是一两下。
总结:
其实,关于特斯拉的传说很多,毕竟这个人的名头太大,久而久之,便已经神话了。比如通古斯大爆炸这样惊天动地的事情,也有人归咎于这位牛人……这样的传说只能过蒙骗那些不学无术的人,然后以讹传讹,扰乱视听,最后归于沉寂。
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