簡諧振子的英文是Simple Harmonic Oscillator,這裡Harmonic的意思是和聲,泛音的意思。Harmonics,就是Harmonic加一個s,字面的意思就是“很多和聲”,對應的意思是“和聲學”。
在古代西方,和聲學是最早的物理學,所謂物理學就是把自然現象用特定數學結構予以描述。而自然現象符合嚴格的定量關係,這在古人的世界裡並不好找。
人類最早在兩類自然現象中找到了嚴格的定量關係,一個是天體的運動,比如一天是嚴格的24小時,一年是365天等。另一個就是音樂,絃樂的音調(頻率)和琴絃長度之間的關係。
古代科學家對天體的研究建立起的科學就是天文學,對音樂的研究建立起的科學就是和聲學,所謂Harmonics。順便說一句近代物理學之父伽利略的父親和弟弟就是研究和聲學的,從這個角度伽利略能夠成為近代物理學的建立者可以說是家學深厚。
和聲學研究的是張進的琴絃上機械波的運動,一列入射波和一列反射波疊加形成“駐波”,假設琴絃的長度是L,頻率最低的波動對應的就是半波長λ/2等於L。
一般地:2L=nλ,n=1,2,3,...
頻率是:f=nc/2L,c是琴絃上的波速。
換句話說對一個張緊的琴絃,我們能聽到的頻率就是f的整數倍,隨著琴絃L的變短,頻率f就會變高。
人的耳朵是非常精密的分辨音調(頻率)高低的儀器,所謂知音就是能辨別出音調的微小差別,換句話說就是能夠區分出不同的長度,這就是古代能夠發展出和聲學這門科學的“實驗”基礎。
以上給出的是Harmonics這個詞的起源,Harmonic自然就有和諧,合乎音調的意思了。甚至我們說有“符合簡單規律”,或“符合理性”的意思在裡面。
如果我們仔細考察處於“駐波”狀態的琴絃,我們會發現琴絃的每一個小部分都在上下振動並且它們的頻率是一樣的,這樣的一種運動我們稱之為簡諧振動(或和諧的振動)。
簡諧振子的定義是存在彈性回覆力-kx,力的大小和質點m的位移成正比,但方向相反,如果我們求解質點m的牛頓運動方程的話,我們會發現質點m的運動也是簡諧振動。
我們還發現一個張緊的琴絃本身就可以被想象為很多個彈簧的串聯,這些都說明我們管彈簧這樣的物理系統稱之為簡諧振子(Simple Harmonic Oscillator)是合乎情理的。
簡諧振子的英文是Simple Harmonic Oscillator,這裡Harmonic的意思是和聲,泛音的意思。Harmonics,就是Harmonic加一個s,字面的意思就是“很多和聲”,對應的意思是“和聲學”。
在古代西方,和聲學是最早的物理學,所謂物理學就是把自然現象用特定數學結構予以描述。而自然現象符合嚴格的定量關係,這在古人的世界裡並不好找。
人類最早在兩類自然現象中找到了嚴格的定量關係,一個是天體的運動,比如一天是嚴格的24小時,一年是365天等。另一個就是音樂,絃樂的音調(頻率)和琴絃長度之間的關係。
伽利略的父親(Vincenzo Galilei)曾經寫過和聲學方面的著作。古代科學家對天體的研究建立起的科學就是天文學,對音樂的研究建立起的科學就是和聲學,所謂Harmonics。順便說一句近代物理學之父伽利略的父親和弟弟就是研究和聲學的,從這個角度伽利略能夠成為近代物理學的建立者可以說是家學深厚。
和聲學研究的是張進的琴絃上機械波的運動,一列入射波和一列反射波疊加形成“駐波”,假設琴絃的長度是L,頻率最低的波動對應的就是半波長λ/2等於L。
一般地:2L=nλ,n=1,2,3,...
頻率是:f=nc/2L,c是琴絃上的波速。
換句話說對一個張緊的琴絃,我們能聽到的頻率就是f的整數倍,隨著琴絃L的變短,頻率f就會變高。
人的耳朵是非常精密的分辨音調(頻率)高低的儀器,所謂知音就是能辨別出音調的微小差別,換句話說就是能夠區分出不同的長度,這就是古代能夠發展出和聲學這門科學的“實驗”基礎。
以上給出的是Harmonics這個詞的起源,Harmonic自然就有和諧,合乎音調的意思了。甚至我們說有“符合簡單規律”,或“符合理性”的意思在裡面。
如果我們仔細考察處於“駐波”狀態的琴絃,我們會發現琴絃的每一個小部分都在上下振動並且它們的頻率是一樣的,這樣的一種運動我們稱之為簡諧振動(或和諧的振動)。
簡諧振子的定義是存在彈性回覆力-kx,力的大小和質點m的位移成正比,但方向相反,如果我們求解質點m的牛頓運動方程的話,我們會發現質點m的運動也是簡諧振動。
我們還發現一個張緊的琴絃本身就可以被想象為很多個彈簧的串聯,這些都說明我們管彈簧這樣的物理系統稱之為簡諧振子(Simple Harmonic Oscillator)是合乎情理的。