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手机已经成为每个人必备的通信工具之一,在生活中扮演越来越重要的角色。
在某些特殊的场合,响铃的方式不太方便,此时我们一般会选用“振动”,既提示了自己又不影响他人。手机振动,这种看似普通的现象背后蕴藏着什么物理常识呢?
一、手机振动的原理分析
手机振动器由一个微型的普通电动机加一个凸轮(也叫偏心轮)组成(如图1)。
大部分电动机外部还包有橡胶套,主要起到减振和辅助固定作用,减少其在工作时对手机内部硬件的干扰或损坏。
普通电动机头上装一个凸轮,但凸轮的重心并不在电动机的转轴上。
在转动时,凸轮做圆周运动,产生离心力。离心力的方向随凸轮的转动而不断变化,使手机产生左右方向的较大幅度的摆动。
实际上,也有上下方向的振动,但因阻力过大而不明显。于是拿在手里的手机就感觉是振动了。
当手机收到短信并需要以振动方式提醒的时候,手机的控制电路发出信号,从而会有适当大小的电流输入电动机,电动机转子转动带动凸轮转动,于是产生了振动。
这其中,主要的原因可以归结为:
①金属棒在密封的金属盒内高速转动,通过摩擦力引起金属盒内密封空气剧烈振动,从而手机振动。
②手机内马达的振动并不是在一个水平面内的对称振动,也就是说振动在偏离质心是有一个角度的(如图2偏心轮示意)。
有兴趣的话可以拿一个小电动机,在它的转轴上套上一个不规则形状的东西,转动时就会跳起来了。
大型高速运转的机床上,矫正轴心要求是很精确的,否则运行就不会平稳。
再者,自行车的轮子如果变形,快速转动时,用手扶住车身也能感觉到随着轮子转动车身有规律地抖动。
二、手机振动的物理解释
手机振子产生振动会造成手机整体的振动,这属于高中物理中的受迫振动。
通过高中物理选修3-4第十一章“机械振动”第五节“外力作用下的振动”课程的学习,我们知道外力作用下物体振动的类型都属于受迫振动。
受迫振动具有如下特点:所有物体在外加驱动力作用下的振动都属于受迫振动,所有质点或者被驱动物体的振动周期和频率都等于驱动力的频率和周期。
结合手机振动的模型,可以对手机振动原理加以这样的解释——
手机振动过程是因为手机里面有一个电感振动器,当然里面是有振子的,靠微量的电源使振动器来回转动带动手机外壳来实现振动的效果。
而根据高中物理的知识我们可以得出这样浅显的结论:
手机振子的振动频率和周期一定要不同于手机的其他部件的固有的频率和周期,即我们高中物理中所学的共振现象(如图3共振曲线)。
手机振子的振动周期和频率就是驱动力的周期和频率,因此一定要远离手机原有的其他的部件的固有周期和频率,也就是说要避免共振现象的发生。
若和其他部件的固有频率相同,那么手机的振幅会非常大,一是手机非常耗电,二是容易造成其他部件连接处开焊损害等。该原理是高中物理机械振动中非常重要的内容,这对学生进一步理解机械波的形成和传播有很大的帮助,可以更深刻地理解高中物理机械波的部分知识。
总之,手机作为现代化科技的应用,在给我们带来便利的同时,我们要尽可能掌握其原理,以便能更有效地为人们服务。
在某些特殊的场合,响铃的方式不太方便,此时我们一般会选用“振动”,既提示了自己又不影响他人。手机振动,这种看似普通的现象背后蕴藏着什么物理常识呢?
一、手机振动的原理分析
手机振动器由一个微型的普通电动机加一个凸轮(也叫偏心轮)组成(如图1)。
大部分电动机外部还包有橡胶套,主要起到减振和辅助固定作用,减少其在工作时对手机内部硬件的干扰或损坏。
普通电动机头上装一个凸轮,但凸轮的重心并不在电动机的转轴上。
在转动时,凸轮做圆周运动,产生离心力。离心力的方向随凸轮的转动而不断变化,使手机产生左右方向的较大幅度的摆动。
实际上,也有上下方向的振动,但因阻力过大而不明显。于是拿在手里的手机就感觉是振动了。
当手机收到短信并需要以振动方式提醒的时候,手机的控制电路发出信号,从而会有适当大小的电流输入电动机,电动机转子转动带动凸轮转动,于是产生了振动。
这其中,主要的原因可以归结为:
①金属棒在密封的金属盒内高速转动,通过摩擦力引起金属盒内密封空气剧烈振动,从而手机振动。
②手机内马达的振动并不是在一个水平面内的对称振动,也就是说振动在偏离质心是有一个角度的(如图2偏心轮示意)。
有兴趣的话可以拿一个小电动机,在它的转轴上套上一个不规则形状的东西,转动时就会跳起来了。
大型高速运转的机床上,矫正轴心要求是很精确的,否则运行就不会平稳。
再者,自行车的轮子如果变形,快速转动时,用手扶住车身也能感觉到随着轮子转动车身有规律地抖动。
二、手机振动的物理解释
手机振子产生振动会造成手机整体的振动,这属于高中物理中的受迫振动。
通过高中物理选修3-4第十一章“机械振动”第五节“外力作用下的振动”课程的学习,我们知道外力作用下物体振动的类型都属于受迫振动。
受迫振动具有如下特点:所有物体在外加驱动力作用下的振动都属于受迫振动,所有质点或者被驱动物体的振动周期和频率都等于驱动力的频率和周期。
结合手机振动的模型,可以对手机振动原理加以这样的解释——
手机振动过程是因为手机里面有一个电感振动器,当然里面是有振子的,靠微量的电源使振动器来回转动带动手机外壳来实现振动的效果。
而根据高中物理的知识我们可以得出这样浅显的结论:
手机振子的振动频率和周期一定要不同于手机的其他部件的固有的频率和周期,即我们高中物理中所学的共振现象(如图3共振曲线)。
手机振子的振动周期和频率就是驱动力的周期和频率,因此一定要远离手机原有的其他的部件的固有周期和频率,也就是说要避免共振现象的发生。
若和其他部件的固有频率相同,那么手机的振幅会非常大,一是手机非常耗电,二是容易造成其他部件连接处开焊损害等。该原理是高中物理机械振动中非常重要的内容,这对学生进一步理解机械波的形成和传播有很大的帮助,可以更深刻地理解高中物理机械波的部分知识。
总之,手机作为现代化科技的应用,在给我们带来便利的同时,我们要尽可能掌握其原理,以便能更有效地为人们服务。