波的科普

作者: 锁相

来源: 科学公园

发布日期: 2015-11-09 15:21:08

文章详细介绍了波与物质的相互作用,特别是共振现象及其在日常生活和自然灾害中的应用。同时,文章还讨论了电磁波与物质的相互作用,以及电磁波对人体的影响,强调了波与物质相互作用的条件性和科学证据的重要性。

机械波与物体相互作用的一个例子是共振。当一个物体受振动源的影响时,相当于这个物体在外界强迫下振动,也称为受迫振动。这个物体一边从振动源处接收能量,一边将能量传递出去,最终的振动接受者将能量传递出去的方式可以是物体内部的粘滞阻力。物体本身有各种各样的特征振动频率,如果振动源的扰动与其中一个频率一致的话,物体将能接受到振动源最大的能量,这时候物体的振动幅度最大,最容易出现断裂。

军队过桥时采用便步,就是担心齐步走的频率和与桥的共振频率接近时,桥体出现断裂。

建筑物等大型结构通常特征频率在1赫兹量级(每秒振动一个周期),当地震波的频率跟建筑物的频率一致时,造成的破坏最大。建筑物越高,特征频率越低,两层楼的建筑和二十层楼的建筑特征频率可以相差10倍。1985年墨西哥城的地震就有选择性地破坏了二十层左右的高楼。地表层对2赫兹以上的波动有较强地衰减作用,所以同样强度的地震,不同的振动频率对人类社会的影响也是不一样的。

人类身体的一些共振频率在10赫兹量级,如果人体持续接收到这个频率范围的振动,接受者是有危险的,此范围的胸腹处的器官振动将引起人的高度不适,同时,脑部一些特征波动也在10赫兹量级。次声波武器对人体伤害的基本原理就在这里。脱离强度谈影响是没有意义的,即使是频率对了的次声波武器,对人体的伤害也跟次声波强度有关。

共振要求机械波与物质有接近的频率,电磁波跟机械波一样,与物质的相互作用也有一些特定条件,有时候用波长表示,有时候用频率表示,有时候用能量表示。波长和频率对于电磁波是一回事,如果我们还记得真空中电磁波的波速是个常数的话。能量和频率也是一回事,这是量子力学的一些常识。

假如无线电波这样的电磁波会轻易与其他物质产生相互作用,那么广播这种传播方式将很难实现了。波的传递本质上是能量的传递,当我们的广播接收器收到信号,就意味着空间中的电磁波缺失了一部分能量,如果空气中的电磁波能随便将能量传递出去,那么广播站为了将信号传递到足够远的距离,将需要更大的功率,那么,无线广播的成本也就增加了许多。

总之,就波本身,它与物质的相互作用是有条件的。想当然地认为电磁波一定对人体有影响在理论上不是必然的,目前也没有科学界公认的实验证据。手机信号和Wi-Fi信号,跟可见光和无线电波没有本质区别。在最了解这个领域的相关科学家群体中,您知道有谁因此而拒绝使用手机的吗?

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