文與圖／陳慧慈

當地震發生後，長腳P與短腿S的賽跑就從震源開始，它們一路上所經過的地方，就會產生搖晃。你有去遊樂園搭乘海盜船的經驗嗎？地震波所造成的建築物或地表的搖晃就像海盜船一樣，以一個定點來回重複運動，我們稱之為振動或擺動；於地震中，地表的振動稱為地震，而結構物的振動則稱為受震反應。

談到振動就一定要介紹頻率和週期。頻率（f）是指每一秒鐘物體來回振動的次數，單位為赫茲（Hz）；若一個物體的振動頻率是十赫茲，表示它在一秒鐘來回運動了十次。週期（T）則是指物體振動一次所需要的時間，單位為秒；像上述的例子，該物體的振動週期為零點一秒。你有沒有發現：週期乘以頻率（T×f）會等於1喔！

接著我們來玩一個單擺的遊戲。請將一支鉛筆的一端約五公分懸在書桌外，另一端用書本壓在桌面上。再拿一條細線一端綁上橡皮擦，另一端綁在鉛筆懸空的地方；接著向右輕微拉住橡皮擦，直到線與桌緣平行（圖一），把手放開，橡皮擦會來回振動。此時，橡皮擦是在沒有施加任何人為外力的情況下振動，稱為「自由振動」。

你可以改變細線的長度，重複前面的遊戲。你發現了什麼？對了，隨著長度的不同，橡皮擦擺動的頻率也不同；也就是說，物體於自由振動時，振動頻率只和本身的特性有關，所以又稱為「自然頻率」。

每個結構物建造完成後，就具有自己固有的自然頻率。除非你改變結構物的特性（例如違法加蓋或是擅自把牆面打掉等），否則自然頻率是不會改變的。我常說，結構物的自然頻率相當於人的本性，你認為呢？

最後，我們再來觀察一個現象。請將兩隻手放在一本書上（圖二），接著以前後推移的方式來回移動書本，你會發現，書本移動的速率會隨著你推移的速率而改變。你的動作可視為外力，因此手推動書本的速率就稱為「外力的頻率」。由此可發現，物體在外力的作用下，它的振動頻率也會受到外力的頻率的影響。

經由前面的說明可知，地震工程專家於探討結構物的受震反應以及耐震性時，確切掌握結構物的自然頻率和地震波的頻率，可是相當重要的事情呢！