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欢迎大家再次来到《力学与现代生活-

开启科学人生》的课堂！

今天我们开始

这个课程的第四大部分内容--

也就是第四章：

“‘动’力世界--

振动与波”。

在这一章里，

我们将给大家讲解五个方面的知识点：

第一个 “动态”力世界；

第二个 结构的振动力学；

第三个 地震与波；

第四个 声与声波；

第五个 补充一下

静力学和动力学--

它(们)的实验分析方法。

我们先介绍

第四大部分的 第一节部分--

我们看看 我们的“动态”力世界。

在介绍之前呢

我们提五个问题

大家可以先思考一下

看看 我们脑海里面 第一时间

有哪些振动 或者振荡？

哪些波动现象？

什么是振动？什么是波？

它的概念 和定义是什么？

振动 和波 它在本质上 有哪些

物质性 和非物质性？

还有 振动与波 有什么样的关系？

振动和波 是怎样 来描述的？

用哪些参数来描述？

有些什么规律？

我看看 这个振动和波动现象，

其实是我们自然界 最普遍的现象之一！

可以说 从宏观宇宙 到微观粒子，

无处不在！

那么 我们看下面这些图片：

自然界里面 我们的水波、

还有地震波，

各种 物理现象 包括声、光、热，

都含有振动和波动现象。

我们的生活呢 离不开 振动！

比如说 我们的心脏跳动、

耳膜的 接受声音，

还有声带 我们说话的声带，

光 光本身也是电磁波。

这些 振动和波呢 刺激着我们的听觉(口误)，

形成声波。

像音乐的产生，

还有 这些 它们的传播、接收 等等。

在我们工程技术里面，

振动呢 也比比皆是，

像：阵风、地震的激励--

激励这个桥梁、建筑物的振动；

像我们的飞机、船舶的航行、

机床、刀具加工、动力机械、控制系统...

都有些振动,

甚至还有些'自激'振动现象。

我们再看看 下面的一些动态的图片：

这里面有 船舶航行--

在海浪里面的 摇晃、振动，

其实这些都是激励、振动，

这个飞机 飞行里面的摆动、失稳、

气流的振动，

火车 行驶路面的激励、

发动机的运转 等等。

在我们现代工业里面 我们看 航天发射

也激励周围的 空气的波动，

还有这个电磁波的震荡、电磁波的发射，

还有这个机床的运转，

周期性的操作、动作，

矿业机械里面 传送物料的抖动。

在我们人类和生物界，

我们看：鼓乐齐鸣呢、

风雨吹裙子的飘动呢、

还有彩蝶的翅膀、

还有雄鹰展翅、

还有我们心脏的跳动，

最后这个图片上 我们显示给大家--

我们的秋波暗送，

也是一种波动，

只不过它是 非物质界的东西了。

那么 其实呢 在我们整个这个人类世界里面，

有我们讲到所谓广义的动态力作用--

我们的宇宙里面 所有的物体

其实 都在运动中，

呈现一种 广义的“动态”，

只是 表现形式不同！

因为我们 前面给大家看过这个图片--

我们的宏观物体

由：分子、原子、质子、电子、夸克、

甚至这个量子、弦子 组成的。

那么前面 我们这个 关于宏观物体

它呈现的结构

或者流体状态，

在不变的 静力作用下，

产生运动 或者静止 包括平衡。

宏观物体呢 还是结构流体，

在交变的力的作用下，

就会产生震动，并且以波动的形式传播。

而微观粒子世界呢

也就是量子啦 在微观力的作用下，

也会呈现 相应的‘量子态’的--

也叫‘量子函数’，

还有 量子纠缠 这些现象。

那么 宏观的非物质呢

我们也许叫‘空子’吧，

它们有一些‘超时空’作用的‘超现象’。

那么 在这些物质运动的描述 力学分支上，

我们对‘刚体质点’有了“动力学”，

我们就将会

前面讲过 物体受静态的外力作用

跟物体运动之间的关系，

在前一部分已经介绍了；

那么 “静力学”呢 就是描述这个物体

受到‘静态’外力作用

与物体的平衡 之间，

产生了外效应，

属于“静力学”部分；

还有这个 内效应，

属于‘弹塑性模型’的“材料力学”；

那么 对于这个‘弹性体’的内效应，

也就是结构 把它视作‘弹性体’的时候，

那么就会产生 我们说的 振动的问题，

也就是属于 我们这一部分的宏观物体结构

在交变的动态力的作用下的振动，

并以波动形式传播--

这个“结构动力学”，

是我们这一 大部分 要关注的内容。

关于“振动”和“波”，

我们这里 给一些 概念的理解和定义：

在宇宙普遍存在的现象--

就是宏观振动 到微观的振动 里面，

宏观的 比如说 地震、海啸

微观的基本粒子、热运动、

布朗运动 等等。

那么我们 对振动呢 做个定义--

(对于电磁波来说呢 我们叫'振荡')

振动是这样的:

一般是指: 一个状态 交替改变的过程,

也就是 物体 往复运动，

或者场的 往复变化。

广义来说 振动是描述系统状态的参量，

比如说 位移、电压 这样的一些参量呢

在它的基准值上下 交替变化的过程。

当然 狭义上来理解，

振动呢 比如说我们经常说 机械振动，

它属于力学系统的振动，

(对于电磁振动来说 习惯称‘振荡’了)

那么 是这样定义的:

物体 或者物体的一部分 在其平衡位置

（或者物体的平衡 或者物体静止的位置了）

附近 作往复运动。

当然 还要求一个条件 就是：

力学系统 要维持振动，

必须具有 弹性 或者惯性！

那么 任何振动呢 都需要 能量来维持

否则 就不会产生振动。

所以 物理学规定呢 绝对零度--

也就是 0 开氏温度 -273度，

(零度 绝对零度)

在这种绝对零度下呢

基本粒子 没法振动，

也就是“宇宙的最低温度”。

那么 对波动的定义来说--

波动是这么定义的：

就是说：每一个物理量的振动

或者扰动

在空间逐点地传递的时候，

形成的运动形式。

因此呢 我们 波动是由振动引起的。

(当然 电磁波 是一种特例)

无论是振动 还是波动,

都会有所谓的频率的概念--

像: 电磁波的频率 它从低到高--

从无线电波、到微波、

到红外线、到可见光、

到紫外线、再到x射线、

再到γ射线，

这样的一个频率范围。

从本质上来看 振动呢 是物体或者场的状态，

它的往复运动 或者交替变化

所以它 具有物质性；

而波动呢 是往复运动

或者 交替变化的能量信息的

一种传播、传递，

所以呢 具有这个‘波粒二相性’--

有些这个波动 是具有波粒二相性的。

我们现代生活 所关注的“动态”力世界呢

是这样的：

是我们 当然是也是

远低于 光速的牛顿世界，

经典力学所关注的部分--

是物体

物和体 也就是固体、流体

结构、气体、液体 在这个外部的

动态的交变力--

我们这里用F(t)表示了,

激励下 产生的 振动和波,

所以这就属于 "流体动力学"

或者 "结构动力学"

具体呢 再细分

为 "结构振动力学"

和"流体振动力学"。

那么 再接下来的分支呢

就是我们：气体、液体

甚至固体 里面的声学问题。

我们看到这个图片

表示我们的振动 在外力激励下的结构

产生振动

而 再发声，

所有的声波 都是由于 振动 产生的。