Die Wissenschaft sprengt den größten Mythos, warum Brücken einstürzen

Der Einsturz der Tacoma Narrows Bridge am Morgen des 7.November 1940 ist das ikonischste Beispiel für einen spektakulären Brückenausfall in der Neuzeit., Als drittgrößte Hängebrücke der Welt verband sie Tacoma nur hinter den Brücken George Washington und Golden Gate mit der gesamten Halbinsel Kitsap im Puget Sound und wurde am 1.Juli 1940 für die Öffentlichkeit geöffnet. Nur vier Monate später wurde die Brücke unter den richtigen Windbedingungen mit ihrer Resonanzfrequenz angetrieben, wodurch sie unkontrolliert schwankte und sich drehte. Nach über einer Stunde Wellung brach der Mittelteil zusammen und die Brücke wurde zerstört., Es war ein Zeugnis für die Kraft der Resonanz und wurde seitdem als klassisches Beispiel in Physik-und Ingenieurkursen im ganzen Land verwendet. Leider ist die Geschichte ein kompletter Mythos.

Jedes physikalische System oder Objekt hat eine Frequenz, die ihm natürlich innewohnt: seine Resonanzfrequenz. Eine Schaukel hat zum Beispiel eine bestimmte Frequenz, mit der Sie sie fahren können; Als Kind lernen Sie, sich rechtzeitig mit der Schaukel zu pumpen., Pumpe zu langsam oder zu schnell, und Sie werden nie Geschwindigkeit aufbauen, aber wenn Sie mit der richtigen Geschwindigkeit pumpen, können Sie so hoch schwingen, wie Ihre Muskeln Sie nehmen. Resonanzfrequenzen können auch katastrophal sein, wenn Sie zu viel Schwingungsenergie in einem System aufbauen, die es nicht handhaben kann, das ist, wie Klang allein an genau der richtigen Tonhöhe in der Lage ist, ein Weinglas verursacht zu zerbrechen.

Wenn man sich anschaut, was mit der Brücke passiert ist, ist diese Resonanz der Schuldige. Und das ist die einfachste Falle in der Wissenschaft: wenn Sie kommen mit einer Erklärung, die einfach ist, überzeugend, und scheint offensichtlich. Denn in diesem Fall ist es völlig falsch. Sie können berechnen, wie hoch die Resonanzfrequenz der Brücke sein würde, und bei dieser Frequenz fuhr nichts. Alles, was Sie hatten, war ein anhaltender, starker Wind. Eigentlich, die Brücke selbst wasn“t wellig bei seiner Resonanzfrequenz überhaupt!,

Aber die Geschichte dessen, was tatsächlich passiert ist, war faszinierend, und hält den Unterricht — Lektionen, die wir haben“t unbedingt beachten — für alle die Brücken, die wir“ve gebaut, seit.

Wenn Sie ein Objekt zwischen zwei Punkten aufgehängt haben, ist es frei zu bewegen, vibrieren, schwingen, usw., Es hat seine eigene Reaktion auf äußere Reize, genau wie eine Gitarrensaite als Reaktion auf äußere Erregungen vibriert. Das ist, was die Brücke die meiste Zeit tat: einfach auf-und ab vibriert, wie Autos über sie übergeben,wie der Wind wehte, usw. Es tat, was jede Hängebrücke tun würde, nur etwas strenger aufgrund der kostensparenden Maßnahmen in ihrem Bau umgesetzt. Strukturen wie Brücken sind besonders gut darin, diese Art von Energie zu vergießen, so dass für sich genommen keine Einsturzgefahr bestand.,

Aber als der Wind am 7. November über die Brücke ging, bildete sich ein stärkerer, nachhaltigerer Wind als jemals zuvor, der Wirbel verursachte, als der stetige Wind über die Brücke ging. In kleinen Dosen würde dies nicht viel von einem Problem darstellen, aber werfen Sie einen Blick auf die Auswirkungen dieser Wirbel auf eine Struktur im Video unten.

Im Laufe der Zeit verursachen sie ein aerodynamisches Phänomen, das als „Flattern“ bekannt ist und bei dem die Extremitäten in Windrichtung eine zusätzliche Schaukelbewegung erhalten., Dies bewirkt, dass sich die äußeren Abschnitte senkrecht zur Windrichtung bewegen, jedoch außerhalb der Phase von der gesamten Auf-und Abwärtsbewegung der Brücke. Es ist bekannt, dass dieses Phänomen des Flatterns für Flugzeuge katastrophal ist, aber es wurde noch nie zuvor auf einer Brücke gesehen. Zumindest nicht in diesem Ausmaß.

Als der Flattereffekt einsetzte, riss eines der Stahlaufhängungskabel, das die Brücke stützte, ein und beseitigte das letzte große Hindernis für diese flatternde Bewegung. Das war, als die zusätzlichen Wellen, wo die beiden Seiten der Brücke hin und her in Harmonie miteinander schaukelten, ernsthaft begannen. Mit dem anhaltenden, starke Winde, die anhaltenden Wirbel, und keine Fähigkeit, diese Kräfte zu zerstreuen, die Brücke Schaukeln fortgesetzt unvermindert, und sogar intensiviert. Die letzten Menschen auf der Brücke, die Fotografen, flohen aus der Szene.,

Aber es war nicht die Resonanz, die die Brücke nach unten gebracht, sondern die selbst induzierte Schaukel!, Ohne die Fähigkeit, seine Energie zu zerstreuen, drehte es sich einfach immer wieder hin und her, und als die Verdrehung fortgesetzt wurde, nahm es weiterhin Schaden, genauso wie das Hin und Herdrehen eines festen Objekts es schwächen und schließlich dazu führen wird, dass es bricht. Es didn“t nehmen keine Lust auf Resonanz zu bringen, die Brücke hinunter, nur ein Mangel an Voraussicht, der alle Effekte, die eine Rolle spielen, günstigen Bau-Techniken und ein Ausfall zu berechnen, alle relevanten Kräfte.

Diese war nicht mit einem Totalausfall, aber. Die Ingenieure, die den Zusammenbruch untersuchten, begannen das Phänomen schnell zu verstehen, und innerhalb von 10 Jahren hatten sie ein neues Teilgebiet der Wissenschaft, das sie als ihr eigenes bezeichnen konnten: Brückenaeramik-Aeroelastik. Das Phänomen des Flatterns ist jetzt gut verstanden, aber es muss daran erinnert werden, um effektiv zu sein., Die beiden Brücken, die derzeit die Tacoma Narrows“ früheren Weg überspannt haben diese Mängel geschoren, aber London Millennium Bridge und Russland Wolgograd Brücke haben beide „Flattern“ – bezogene Mängel im 21.

Beschuldigen Sie uns nicht für den berühmtesten Brückenkollaps von allen. Die wahre Ursache ist viel gruseliger und könnte Hunderte von Brücken auf der ganzen Welt betreffen, wenn wir jemals vergessen, die flatternden Effekte, die diesen verursacht haben, zu berücksichtigen und zu mildern.