每到臺(tái)風(fēng)肆虐的季節(jié)，在高樓林立的城市之中就時(shí)常能夠看到一種令人忐忑不安的景觀，那就是在風(fēng)中搖擺的大樓。

高樓會(huì)晃動(dòng)，這是人盡皆知的事情，但當(dāng)我們看到大樓出現(xiàn)肉眼可見的晃動(dòng)時(shí)，還是難免心生憂慮，大樓會(huì)被風(fēng)吹倒嗎？當(dāng)然會(huì)。鋼筋水泥構(gòu)筑的大樓難道還禁不住風(fēng)吹？大樓之所以會(huì)被風(fēng)吹倒，并不是因?yàn)轱L(fēng)力有多么強(qiáng)勁，而是因?yàn)橐环N物理現(xiàn)象，共振。

任何處于振動(dòng)之中的物體都存在著一個(gè)固有頻率，比如左右擺動(dòng)的小球以及上下振動(dòng)的彈簧，在沒有外力作用的情況之下，它們屬于一種自由振動(dòng)狀態(tài)。如果我們?yōu)樽杂烧駝?dòng)狀態(tài)的物體加入一個(gè)外力，那么此時(shí)它就會(huì)進(jìn)入一種受迫振動(dòng)的狀態(tài)，我們所施加的這個(gè)外力也是有一個(gè)頻率的，如果外力的頻率與振動(dòng)物體的固有頻率趨于一致，那么物體的振動(dòng)就會(huì)變得十分劇烈，這就是共振。

外力的頻率是大還是小并不重要，只要它的頻率與物體振動(dòng)的固有頻率趨于一致，就會(huì)導(dǎo)致物體振動(dòng)變得十分劇烈。

以秋千為例，當(dāng)秋千蕩回至最高點(diǎn)，即將轉(zhuǎn)而向下時(shí)，我們推它一下，它就會(huì)蕩得更高，這就是我們所施加的驅(qū)動(dòng)力與秋千擺蕩的固有頻率趨于一致的結(jié)果。反之，如果秋千從對(duì)面高速蕩回的途中，我們奮力一推，無論我們用多大的勁，秋千不但不會(huì)蕩得更高，反而擺蕩幅度會(huì)變小，甚至戛然而止。

對(duì)于大樓而言，風(fēng)力就是外來的驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)風(fēng)的頻率與大樓擺動(dòng)的頻率趨于一致時(shí)，就形成了共振，此時(shí)大樓就會(huì)晃得特別厲害，如果是高聳入云的摩天大樓，則極有可能轟然倒塌。

既然共振如此可怕，世界上那么多的摩天大樓是如何做到在風(fēng)中屹立不倒的呢？因?yàn)樗鼈儞碛卸巧衿鳌?/p>

到底是什么樣的定樓神器能夠幫助大樓應(yīng)對(duì)共振呢，其中有著怎樣的科學(xué)原理呢？共振會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的振動(dòng)，而世界上沒有無緣無故的振動(dòng)，有振動(dòng)就必然有能量，所以從本質(zhì)上來講，是風(fēng)給大樓提供了動(dòng)能，大樓接收了動(dòng)能，自然就要晃動(dòng)，這是無可避免的。所以要想讓大樓不晃，就得把從風(fēng)那里接收而來的動(dòng)能給別人，怎么給別人呢？

1909年科學(xué)家弗拉姆發(fā)現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象，就是為一個(gè)振動(dòng)物體再增加一個(gè)頻率相同的振動(dòng)物體后，此時(shí)施加一個(gè)與它們頻率相等的外部驅(qū)動(dòng)力，非但不會(huì)產(chǎn)生共振，且對(duì)原本的振動(dòng)物體會(huì)不產(chǎn)生任何影響。比如我們?cè)谝粋€(gè)秋千的下方再增加一個(gè)秋千，讓它們以相同的頻率擺蕩，此時(shí)我們以與秋千擺蕩相同的頻率去推，發(fā)生共振導(dǎo)致擺蕩幅度增大的只有下方增加的秋千，而原本的秋千不會(huì)受到影響。

弗拉姆的發(fā)現(xiàn)為定樓神器的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)，但這個(gè)發(fā)現(xiàn)距離定樓神器的真正發(fā)明還有一定距離，因?yàn)樵谠黾右粋€(gè)振動(dòng)物體后，雖然能夠消除原有的共振，但卻會(huì)在于原本振動(dòng)頻率不一致的兩個(gè)地方出現(xiàn)兩個(gè)新增的共振點(diǎn)。

風(fēng)的頻率是無法確定的，所以只要有共振點(diǎn)的存在，就無法消除大樓被風(fēng)吹倒的危險(xiǎn)。后來，經(jīng)過研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，只要增大新增物體的銜接強(qiáng)度，就能夠減小共振的威力，這是因?yàn)?，銜接?qiáng)度增加之后，就等于新增物體的擺動(dòng)阻力增加了，而阻力會(huì)消耗動(dòng)能，如此便有效減小了共振的威力，至此，定樓神器正式誕生，它就是“風(fēng)阻尼器”。

風(fēng)阻尼器的結(jié)構(gòu)是這樣的：在摩天大樓的內(nèi)部懸掛一個(gè)巨大的金屬球，摩天大樓的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度都是已知的，所以就可以計(jì)算出大樓擺動(dòng)的固有頻率，之后只需要確定懸掛的長(zhǎng)度，就可以讓這個(gè)金屬球的擺動(dòng)頻率與大樓的固有頻率趨于一致。

之后就是為這個(gè)金屬球增加阻力，一般是通過在金屬球的下方增加阻尼桿的方式來實(shí)現(xiàn)的。這就是一個(gè)完整的風(fēng)阻尼器。當(dāng)外部風(fēng)力與大樓的擺動(dòng)頻率趨于一致的時(shí)候，原本被大樓所接收的動(dòng)能會(huì)傳給風(fēng)阻尼器，由于阻尼桿的存在，動(dòng)能被大量消耗，所以風(fēng)阻尼器和大樓的擺動(dòng)都處于一種可以接受的范圍之內(nèi)，這就是摩天大樓能夠屹立不倒的原因所在。摩天大樓之中的風(fēng)阻尼器是非常巨大的，因?yàn)樗辽僖_(dá)到大樓質(zhì)量的百分之一才能夠起效，所以一般大樓中的風(fēng)阻尼器都重達(dá)數(shù)百噸，有些甚至可以達(dá)到上千噸，一般需要五六層樓的高度才可以容納的下。很多摩天大樓頂部的風(fēng)阻尼器區(qū)域是開放的，有機(jī)會(huì)我們可以親身去感受一下。


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