一個系統的某一物理量的值不斷地經過極大值和極小值而變化的現象一般稱為振盪，在力學系統或聲學系統中，則稱為機械振動，或稱振動。脈衝地或短暫地施加於物體或設備以激發其振動的力稱為衝擊。振動是穩態的變化，而衝擊則是暫態的。
歷史 物體受到敲打或激發就會振動，因而發出聲音，這個現象很早就為人所註意瞭。從史前時期起，人們就利用各種物體的振動而製作出不同的樂器。中國在春秋時期（西元前8～前55世紀）已能使用各種材料(自然材料如木、石、革直到合金）制造符合樂律的樂器，掌握瞭弦、管、板、鐘等的振動頻率的規律，今天可以在博物館中看到當時的編鐘、石磬、管等實物。13個一套和64個一套的編鐘都是鑄造的，可看出鑄成後就基本滿足每倍頻程12個半音的自然律，因為上面隻有微調的痕跡。在2500年前就有這樣的成就的確是瞭不起的。鑄鐘和制造樂器的技術以後又不斷有所發展。共振現象在《管子》中就有記載。公元132年張衡造的地震儀（稱地動儀，(見彩圖）則是世界上第一個檢測振動的靈敏儀器（見中國古代律學、中國古代的物理知識）。
地動儀 東漢張衡發明
中國古代魚洗(復制品)
弓弦摩擦鋼板使其振動，板上黃沙形成的克拉尼圖形
在西方，振動的研究也是從樂器開始的，傳說畢達哥拉斯（公元前6世紀）研究過弦的振動。振動研究的現代科學基礎則是由伽利略奠定的，他對單擺作瞭系統的觀測，討論瞭共振現象，並提出頻率（他稱為單位時間的振動數）的概念。他把高腳杯固定在一個大容器的底上，並且裝滿瞭水。當他用手指摩擦杯邊時，高腳杯就振動起來並發出聲音，同時水面上就激發出水紋。有時高腳杯的聲音高瞭八度，水面的紋波就“一分為二”瞭（按現在的術語來說，波長減半瞭）。由此證明音調高低與振動數（頻率）有關。這個實驗與中國的噴水魚洗（見彩圖）相似，但魚洗在振動夠強後，產生的水紋可上噴成噴泉，魚洗據傳說是漢代（公元初）制造的。
以後研究音調與頻率的關系的還有發現彈性定律的R.胡克，法國人J.索弗爾等。B.泰勒（著名的泰勒級數的發明者）在1713年第一個求得振動單弦的嚴格解。但他隻求得瞭單弦的基頻，因為那時還不掌握偏微分的方法，隻能根據假設的弦上振動波形來計算。大約30年後，D.伯努利、J.L.R.達朗伯、L.歐拉等人才建立起來弦的偏微分方程，並求得弦的全部解。可見數學工具對科學發展的影響程度。18世紀的許多科學傢花費瞭大量精力研究弦的振動，並且爭論不休。他們也逐漸註意到管、棒、板、膜、殼、鐘等的振動問題。E.F.F.克拉尼在1787年發表用沙撒到板上顯示其振動節線的方法，克拉尼圖(見彩圖) 到今天仍是重要的研究振動的工具。G.R.基爾霍夫於1850年給出板振動的正確理論。膜的振動則是S.-D.泊松解答的。直到19世紀末，振動問題基本是純學術問題，瑞利在他的《聲學原理》一書上作瞭很好的總結。瑞利還提出近似計算方法，W.裡茲於1908年作瞭發展。20世紀20年代С.∏.鐵木辛柯首先註意瞭工業中的振動問題，並完成瞭專著《工程中的振動問題》。第二次世界大戰後，關於振動的研究發展更快，研究的對象也日益廣泛深入。需要對形狀非常復雜的振動體進行嚴格計算；強大振動對人以及物體、設備的影響要估計、試驗和防護；現在研究的激發則很少像第二次世界大戰前那樣僅是正弦式的或穩定的，還要考慮沖擊、隨機振動以及非線性振動。現在，振動已成為嚴重的環境問題：振動對人有危害，使建築物受損，使機器設備的準確程度降低、壽命縮短、甚至失效或疲勞破壞。因此，從根本上瞭解振動就有瞭更大的科學意義和實際意義。近年來，振動的理論和實踐有瞭巨大發展，近似計算的方法已發展為有限元法，利用電子計算機，可以處理任何振動問題。振動方式分析（常稱為模式分析）、統計能量分析等也有很大發展。
振動系統 最簡單的、應用最廣的振動系統是質量彈簧系統（見圖），其中M 為物體的質量(kg)，Sm為彈簧的力勁(N/m)，Rm為力阻(N·s/m)。單擺的擺動、軸的扭轉以及懸掛的物體的振動等都可用質量彈簧系統表示，隻是M 、Sm、Rm 的值有所不同而已。
忽略阻尼（即力阻為零），系統的無阻尼固有頻率是
ω0=2πf0稱為無阻尼固有圓頻率。這個頻率也稱為速度共振頻率，在物體上加一正弦式力時，激發起來的物體振動速度在這個頻率時是極大。如果推動物體一下，物體就上下振動，這時振動頻率是
稱為阻尼固有頻率，比無阻尼固有頻率稍小。此外，振動時振幅逐漸減小的現象稱為衰變。有衰變的振動稱為阻尼振動。受周期外力激勵而發生振動(稱為受迫振動)時，使振動的振幅為極大的頻率（稱為位移共振頻率）比f0還低一點，加速度共振時頻率比fd稍高。共振時振動最大，但要區別位移、速度和加速度共振，阻尼小時三者的頻率就相差有限瞭。阻尼大到某一值以後，系統就要失去其振動性質。例如電壓表接到電源上時，如阻尼小，表針要沖過應指示的值，以後來回擺動幾次，最後才穩定在應指示的值上；但如阻尼大，表針就緩緩移動，達到應指示的值上，沒有任何擺動。使系統失去振動性質的最低阻尼值 Rmc稱為臨界阻尼，
R
m/
R
mc＜1時，系統可以振動，
R
m/
R
mc≥1時，系統不能振動，上面所說阻尼大小即指
R
m/
R
mc的大小。電壓表 (或其他電表)的阻尼常比臨界值稍小，這樣，接通時指針稍沖過一些（在1/10以內），但很快達到應指示的值。
質量彈簧系統是最基本和簡單的振動系統，自由振動（瞬態過程）、受迫振動、阻尼（減振）、共振、振動的傳遞和隔振等現象都可以通過這種簡單系統的特性來瞭解。復雜的振動系統不過是多共振系統，在任何一個共振頻率附近，都可以當做簡單系統處理，隻是有效的M 、Sm、Rm值有所不同。所以研究簡單質量彈簧系統是研究振動的基礎。質量彈簧系統又稱為單自由度的振動系統，可以用一個微分方程描述它的運動。互相用彈簧連結的n個質點運動時，可用n個微分方程描述，就稱為n自由度的振動系統，一個物體也可以有幾個自由度，例如在空間物體平移時可有三個自由度，自由轉動時也可有三個自由度。根據n個微分方程可以求得n個無阻尼固有頻率fn。相應於每一無阻尼固有頻率(稱簡正頻率)的運動方式圖樣稱為一個簡正振動。任何復雜的振動都可以分解為若幹簡正振動的和，就像任何一個復雜的時間函數都可以分解為若幹正弦式函數之和（諧波分析）一樣。這些簡正振動都是互相正交的。
分佈系統（例如弦、棒、膜、板以及更為復雜的結構）上，質點數是無窮的，自由度數也是無窮的。處理分佈系統的振動問題就不能用以上方法考慮各個質點的運動，而要考慮系統中振動的空間分佈和時間分佈，用對空間坐標和時間的偏微分方程描述。在很多情況（例如弦、棒、膜、板），振動物體形狀簡單，因而邊界條件也很簡單，選擇適當坐標系統就可以求解微分方程。但在實際問題中，邊界條件往往是非常復雜的，偏微分方程的求解根本不可能，就隻能用近似方法處理。50年代發展起來的有限元法是解決這類問題的一個有力的工具，方法是把連續的物體簡化為若幹互相連結的單元，而用對時間的常微分方程組（可能有幾十個甚至幾千個、幾萬個方程）求解。增加單元數可使計算結果準確到任何需要的程度。振動方式分析則是利用多點測量結果，算出各個簡正振動的空間分佈和簡正頻率。在頻率高時，簡正振動的分佈很密，可用統計方法考慮能量關系求得振動傳遞性質，這稱為統計能量分析，或用功率流法分析功率關系。這兩種方法都是近似方法，隻能給出平均情況，未計及每個簡正頻率的共振現象。如果對後者作一估計，在實際工作中就很有意義。有限元法還發展為表面元法，計算工作更為簡化。在以上近似方法中，都涉及大量計算和解大量聯立方程的工作，這在過去是幾乎不可能的，但使用電子計算機後，已不成問題瞭。
振動對人的影響 人體是一個彈性體，骨骼接近一般固體，肌肉則接近於水。人體內有不少空腔和彈性系統，共振頻率在三四赫到二三十赫不等。人在直立或正坐時，對4～8Hz的上下（縱向）振動最靈敏，每日八小時的疲勞標準為振動加速度有效值0.315m/s2。8Hz以上這個值與頻率成正比，4Hz以下與頻率的二次方根成反比。加速度超過這個值，人就感覺疲勞，工作效率降低。如暴露時間短，可容許的加速度較高。對橫向(左右或前後)振動，8小時的疲勞標準在1～2Hz為0225m/s2，2Hz以上與頻率成正比。人的暴露極限是疲勞標準的二倍 (高6dB)，而開始感覺不舒適的加速度則是疲勞標準的1/3.15（低10dB）。設計交通工具、需人操作的設備等，振動應在舒適標準以內。
頻率更低時，振動要影響人的平衡系統。0.1～0.6Hz是發生運動病（暈車、暈船等）的頻率，閾限大約是0.2～0.6m/s2。
用手持工具操作時，振動通過手傳到全身，每天操作1.5～8小時，在8～16Hz間可容許的加速度為0.8m/s2，16Hz以上與頻率成正比。這個值不一定是暴露極限，但振動加速度更高就有可能引起職業病。嚴重時，可能引起白手指病，工作時間長瞭，手指會一節一節地脫落。振動與人的工作和健康關系很密切。
儀器設備的振動 受振動影響，靈敏、精密儀器將大大降低它的精密程度。例如，放大倍數為 100萬的電子顯微鏡與照相設備間如有1μm 的相對運動，甚至 1nm(10-9m)的相對運動，就根本不能使用。這種設備和激光設備、光具座、標準儀表以及其他靈敏儀器設備都要對振動加以防護。具體要求則根據每種設備的特性有所不同。
加工機器的振動要影響其加工的精密和準確程度。一般機器、設備的振動除影響它的穩定度以外還使它易於磨損，降低使用壽命。在強烈振動下，測試儀表可能暫時工作不正常（失效），甚至機器或部件損壞（振動疲勞）。所以儀器設備的振動問題非常重要。產生振動的驅動力來源為：①旋轉或往復部件的不平衡；②磁力不平衡；③部件的互相碰撞。此外強大氣流或強烈噪聲（聲致振動）在氣動設備和航空器上產生的振動更加重要。轉動機器還有另一性質，它的轉速高到一定程度，轉子或軸可產生共振，因而產生很大振幅，甚至破壞，這稱為臨界速度，必須避免。
根據國際標準化組織(ISO)規定，小型機器（如小於15kW的電動機）的平穩轉動要求機器表面的振動速度有效值為0.28～0.71mm/s（轉速在10～20轉每秒之間），粗糙轉動則為 7.1～71mm/s。對於裝在彈簧機座上的大型原動機，相應的值為0.28～2.8mm/s和18～71mm/s。
隔振和包裝 隔振系統的作用是阻止機器上的振動力傳到基礎上，或阻止地面的振動傳到機器(或人體)上。基本原理是利用質量彈簧系統的特性。可以證明，質量彈簧系統中，物體上的振動力與傳到基礎的力相比，或基礎上的振動（位移、速度或加速度）與傳到物體上的運動相比，都大致等於
f是振動的頻率，
f
0是系統的無阻尼固有頻率。設計隔振系統，
f/
f
0應取為3(或4)以上，根據具體要求而定。
包裝是隔振的一例。機器設備裝在箱內，周圍墊以彈性材料（皺紋紙、紙條、海綿橡皮、軟橡皮、塑料、天然軟木、軟木板、毛氈等），形成質量彈簧系統。設裝有貨物的包裝箱從高度h跌落下來，落到地面時，包裝箱突然停止運動，箱內質量（貨物）開始振動，振動的最大加速度為
式內f0是系統的無阻尼固有頻率，h是高度，g是重力加速度。任何貨物所能經受的加速度是有限的，包裝設計的要求就是使am小於這個值。
振動和沖擊實驗 為瞭保證儀器設備在運輸中和使用時的可靠性必須通過振動試驗。靈敏的電子設備可在振動臺上試驗。振動臺一般是電動的，可用激發電流控制，產生正弦式振動或隨機振動。還可以用計算機控制試驗程序，按預定方式改變振動頻率、大小、波形等。
沖擊也可以在振動臺上進行，激發電流用脈沖電流，常用的有半個正弦波、鋸齒波或梯形波。用機械式的沖擊試驗，設備可以簡單得多。
振動的應用 隔振是應用最廣泛的技術，從人的防護、靈敏儀器的保護到高層建築物的防地震措施都是隔振問題，各種物體的振動方式的研究具有重要意義。許多大型設備如發動機、飛機、火箭等能正常運行也是由於機械振動得到有效的控制。海上采油平臺的安全問題也和振動有關。
振動工具如鑿巖機、氣錘、風鎬、震搗器等在很多工業部門中都很重要，醫療中使用的按摩器、減肥器等也多半利用振動。振動設備在土壤中使用有特別優點，因為在有振動時土壤中的摩擦力特別小。用振動也可以使土壤壓實。研究振動不僅要註意共振產生的消極作用，也要註意它的積極作用，充分利用它的規律。
參考書目
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