如上圖所示，小伙在表演中被擺動的鐵球打到了臉上，痛得叫苦連天。沒錯，是真的打臉！

經取證，這次「打臉」是專門針對小伙的，從下圖我們看到，同樣的擺動並沒有打到穿淺色衣服嘉賓的臉

小姐姐憑藉一人之力——不對，是兩人之力——完全控制了鐵球的擺動。為什麼是兩人？請看鐵證如下

趁小伙不注意，小姐姐召喚黑衣人更換了道具用球。那麼，更換之後的球為什麼能「打臉」？這個表演是在幹嘛呢？

原來啊，這是發生在第六屆全國科技館輔導員大賽科學實驗賽總決賽上的一幕。這個大賽可以說是全國科技館輔導員的「奧斯卡」。平日裡，在各地科技館中講解展品、科學實驗的輔導員們在這個平台上面向全國觀眾展示自我，角逐桂冠！

以上動圖裡的小姐姐和慘遭打臉的小伙兒就是本次大賽科學實驗賽一等獎的獲得者，小姐姐扮演了「搖博士」，小伙兒是「擺助手」。快點擊視頻和他們《一起搖擺》吧

1.聽話的擺

擺助手揭開「搖擺魔術箱」幕布，卻驚訝地看到裡面掛著搖博士的「項鍊兒」。哪裡是項鍊！這分明是……好吧，小編也懵圈了，這到底是什麼呢？搖博士說它叫「聽話的擺」。

怎麼個聽話法兒呢？擺助手說讓最上面的球擺動，搖博士轉一轉杆兒，最上面的球擺動起來。觀眾說讓最下面的球擺動，又變成最下面的球擺動得最厲害了，果真聽話！

可搖博士分明轉動的是同一根杆兒啊，為什麼轉動的球還會變來變去的呢？

知識點來了！擺長不同的三個擺與杆連接，杆的旋轉使擺擺動，轉動頻率接近擺的固有頻率，共振幅度增大，不同擺長的固有頻率不同，以不同速度轉動杆，就會出現不同的擺擺得最厲害的現象。

還不太理解？看看這個

再看這個

再看這個

從上面這三個圖中咱們可以看到，當鎖子擺動時，對面與當鎖子這邊擺長長度相等的擺擺動得最厲害，這就是因為「轉動頻率接近擺的固有頻率」——共振。

2.打臉的擺

「聽話的擺」表演結束，搖博士和擺助手轉動魔術箱，來到了「打臉的擺」。你知道為啥換球之後，同樣距離下球的擺動會打到擺助手的臉嗎？解密時間到！

其實，這個是「牛頓擺」。牛頓擺是由法國物理學家伊丹·馬略特（Edme Mariotte）最早於1676年提出的。在這個擺中，因為能量和動量守恆，原來靜止的小球被同質量小球碰撞後獲得了與其一樣大小的速度，而碰撞小球則停止，多個小球碰撞時也可以進行類似的分析。

如此，當擺動最右側的球並在回擺時碰撞緊密排列的另外四個球，最左邊的球將被彈出，並僅有最左邊的球被彈出。而在事實上，由於小球間的碰撞並非理想的彈性碰撞，還會有能量的損失，出來的擺球高度實際上要比敲進的擺球高度略低，所以在表演當中出來的嘉賓並不擔心球會打到自己的臉。

那換了球之後為什麼會「打臉」呢？

這是因為黑衣人用於更換原來鐵球的是一個質量更小的球，因此在同樣的動量下被彈出去的距離也就更遠，因此，擺助手就被打臉了。

3.跳舞的擺

擺助手被「打臉」後表示很受傷，為了給他壓壓驚，搖博士給了他親自操控一個擺的機會，而且是一個非常有意思的擺——「跳舞的擺」

「跳舞的擺」其實是一個蛇形擺，蛇形擺的擺長依次等差遞增，而擺長不同，擺動的速動也不同，所以在同時啟動以後，擺動表現出明顯的規律性。伴隨著音樂，像跳起了舞一般。

你覺得他們的表演好不好玩兒？在實驗的末尾，擺助手看著舞動的燈球看得出神了。他想到，這科學規律可真是個好東西。

看到這裡，小編是無比的認同，這些科學原理不光可以「讓擺聽話」、「讓擺打臉」、「讓擺跳舞」，它們在現實生活中也非常實用。比如「聽話的擺」涉及的共振原理。

最近，河南一位物理老師在逛公園時共振隱患的新聞登上了熱搜，經他計算，60人齊步行進易引發橋樑共振，存在安全隱患。

「暴走團」真能把橋樑踩塌嗎？是不是危言聳聽？歷史上還真有這樣的案例！拿破崙時期，法國一隊士兵邁著整齊劃一的步伐，通過法國昂熱市一座大橋。快走到橋中間時，橋樑突然發生強烈的顫動並且最終斷裂坍塌，造成許多官兵和市民落入水中喪生，造成這次慘劇的罪魁禍首，正是共振！

對於共振的防禦還出現在電影院里。當我們走進電影院時，往往立刻會感到聽感的明顯變化，這是因為電影院在裝修過程中會綜合設計吸聲材料和裝修方式，以避免混響時間過長或過短，並使得簡正頻率儘量分散，以消除多模共振。

再比如，在積雪的高山上，人們不敢高聲說話，正是為了避免共振引發可怕的雪崩。

當然，共振帶給人們的不都是危害，生活中也不乏人們對於共振原理加以正面應用的例子。

像廚房裡的微波爐，便是利用共振的原理來工作的：微波爐內的微波在遇到有水分的食物時便會使水分子和它一起以相同的頻率振蕩，振蕩中分子與分子互相摩擦產生熱量，從而把食物加熱。

再比如敲鐘以及一些樂器，也是通過振動體與空氣柱共振來發出聲音：

還有醫院裡面的核磁共振。核磁共振方法是利用核磁矩共振的現象測定材料內部原子和分子組成及其所處微觀環境的方法。原子核的磁矩在恆定強外磁場作用下發生旋進運動(即進動)，當進動的核的自然頻率與外來的射頻輻射頻率一致時發生核磁體對無線電波的共振吸收，此即為核磁共振現象。

說到這兒，你是不是也覺得掌握共振的原理對人們的生活太有用了？要知道，這只是一組表演當中的一個科學原理而已，在兩年一度的全國科技館輔導員大賽中、在我們看不見的各地科技館的層層選拔賽當中，還有許許多多組的科學表演，許許多多的科技館輔導員們在表演中向大眾演繹著更多的科學原理，這些原理大多與我們的生活息息相關。

科技館輔導員們並非演員，但在舞台表演當中一絲不苟，勇敢擔當，這是他們對待職業的態度。當他們在崗位上面對觀眾講解展品、實驗時，看著觀眾的笑臉，想到科學從他們這裡傳播至千家萬戶，他們知道這種努力是值得的！

審稿專家：羅會仟 中科院物理研究所副研究員