科學魔術 - 共振現象

魔術師拿著一個簡單的裝置，一根木棒，繫著兩條細線，尾段分別綁著一個重物，就像是兩個擺線長度不一的單擺，垂在一根木棒中間。

魔術師宣稱他可以用精神力，使其中一個單擺擺動起來，接著他注視著那個目標單擺，果然，單擺在他的注視下，逐漸擺動起來，而且越擺越大，另一個單擺則是微微的晃動，似乎不受擺動的單擺影響。

接著魔術師將單擺靜止下來，然後宣稱將使另個單擺開始擺動，果然，在他的注視之下，原先沒什麼擺動的單擺，開始擺動起來，而另個則是微微擺動。

難道這個魔術師真的用「精神力」使單擺擺動嗎？

其實這只是運用了「共振」的原理。

那什麼是共振？簡單的說，假設一個系統，它的自然振動頻率是 f ，這時候如果有一個力，以相同的頻率對它施力，那麼即使這個力再小，我們都可以看到這個系統逐漸被振動起來。

什麼？聽不懂？

是的，這裡放了幾個專有名詞，所以對這些名詞如果不熟悉的話，上面這段話也就沒有意義。

首先我們先解釋「頻率」，頻率就是一個單位時間，物體運動方式重複的次數，例如，將右手快速的來回擺動，再將左手緩慢的來回擺動，然後問問同學，可以體會這樣不同頻率的振動嗎？大部分的同學透過這樣的簡單示範，就可以理解頻率的意義。

接著我們拿兩個擺長不同的單擺，讓他們分別擺動起來，然後觀察它的擺動頻率，誰的「擺動頻率」比較高（快）呢？在剛剛的示範之後，大部分的孩子都可以理解，擺動頻率的快慢代表什麼意思，也知道擺繩較短的，擺動頻率比較高。

在剛剛的單擺觀察中，單擺的系統中，擺繩長短決定了這個系統的自然振動頻率，而這自然頻率就像是這個鞦韆的特性一樣。

回到上面說的共振現象，當系統受到一個與自己的自然頻率相同的力作用時，這個系統就會對這個力產生明顯的回應，就像是盪鞦韆一樣，鞦韆的長度，也決定了鞦韆擺動的自然頻率，所以只要我們順著這個系統的自然頻率，例如擺動的同時，輕輕搖晃雙腳，當鞦韆往前運動時給，雙腳也往前舉，當鞦韆向後時，雙腳也同時收回，如此就是用雙腳給予鞦韆一個與自然頻率相同的力，慢慢地鞦韆就可以越盪越高，這就是共振。

在這個魔術中，兩個長度不同的單擺，就具有不同的自然頻率，我們只要盯著某個單擺，看著它的擺動方式，依著它的擺動頻率，輕輕的晃動手，即使晃動的力量再小，我們還是可以讓那個單擺產生共振效果，使它的擺動幅度變大，而另一個單擺，則是因為擺動的頻率不同，我們的晃動對它就沒有效果。

下次再看到奇怪有趣的事情時，仔細想想，說不定它也是另一科學原理的運用而已。