機械的共振

映画や漫画で、登場人物が叫んだり歌ったりしただけでカップが割られるのを見たことがあるかもしれません。しかし、本当にそんなことが起こり得るのでしょうか？答えは「はい」です！この現象は、機械的共鳴と呼ばれる物理学の原理のおかげで発生します。では、この原則が何を物語っているのかを見てみましょう。

機械的共振(単に共振とも呼ばれます) は、システムが振動の固有振動数の 1 つに等しい周波数のエネルギーを受け取り、その振幅が増大するときに発生します。

すべての物体には固有振動数があり、その周波数がこれらの固有振動数のいずれかと一致する高エネルギーパルスを受けると、ますます大きな周波数と振幅で振動し始めます。

スイングを押すときの機械的共振の例を観察できます。スイングに周期的な動きと振動の同じ固有振動数を伴う高エネルギーのパルスを供給することで、スイングはますます大きな振幅で動きを実行し、より高い点に到達します。

カップが壊れるのは、カップの固有振動数が歌手が発する音波の振動数と等しいためです。したがって、エネルギーを受け取り、壊れるまで振動し始めます。

共振をより深く理解するには、波の動きをグラフで表した次の図を見てください。

ボディの固有振動振幅

身体は同じ振動周波数のエネルギーパルスにさらされるため、その動きは次のグラフで表すことができます。

共鳴時の物体の振動の振幅

結果として得られる振幅は、波の重ね合わせの原理に従って、物体の固有振動振幅と共鳴を引き起こした波の振幅の合計を表します。

機械の共振はさまざまな災害を引き起こす可能性があります。最も有名な事例は 1940 年の米国のタコマ橋の崩壊です。この事故は、特定の時間における風の周波数が橋の固有振動周波数と一致したために発生しました。これにより、大きな振幅で共振して振動し、紙のように揺れました。橋の構造はこの動きを支えることができず、完全に破壊されました。