Vitenskap Byster Den Største Myten noen Gang Om Hvorfor Broer Kollaps

sammenbruddet av Tacoma Narrows Bridge (bro) på morgenen den 7. November 1940, er det mest kjente eksempel på en spektakulær bru svikt i moderne tid., Som den tredje største hengebru i verden, bak bare George Washington og Golden Gate broer, den er tilkoblet Tacoma til hele Kitsap-Halvøya i Puget Sound, og åpnet for publikum 1. juli, 1940. Bare fire måneder senere, under de rette vindforhold, broen ble drevet på sitt resonansfrekvens, forårsaker den til å svinge og vri ukontrollert. Etter bølgende for over en time, den midtre delen kollapset, og broen ble ødelagt., Det var et vitnesbyrd til power of resonance, og har vært brukt som et klassisk eksempel i fysikk og ingeniørfag klasser over hele landet siden den gang. Dessverre historien er en komplett myte.

Ethvert fysisk system eller objekt har en frekvens som»s naturlig iboende til det: det resonansfrekvens. En gang, for eksempel, har en viss frekvens, kan du kjøre den på; som barn lærer du å pumpe deg i gang med swing., Pumpe for sakte eller for fort, og du vil aldri bygge opp fart, men hvis du pumpe i akkurat riktig pris, kan du svinge så høy som musklene vil ta deg. Resonansfrekvenser kan også være katastrofalt hvis du bygger opp for mye vibrerende energi i et system som kan»t håndtere det, som er hvordan lyden alene i akkurat riktig tonehøyde er i stand til å forårsake en vin glass til å knuse.

Det er fornuftig å se på hva som skjedde til broen, som resonans ville være den skyldige. Og det»er den enkleste fallgruven i naturfag: når du komme opp med en forklaring som»s enkel, engasjerende, og det vises tydelig. Fordi i dette tilfellet, det er helt feil. Du kan beregne hva resonans frekvensen av broen ville være, og det var ikke noe kjøring på den frekvensen. Alt du hadde var en vedvarende, sterk vind. Faktisk, broen i seg selv var»t bølgende på sitt resonansfrekvens i det hele tatt!,

Men historien om hva som faktisk skjer var fascinerende, og holder leksjoner — erfaringene vi har»t nødvendigvis tatt hensyn — for alle broer vi»ve bygget siden den gang.

Når du har et objekt suspendert mellom to punkter, det er gratis å flytte, vibrere, svinge, etc., Det har sin egen respons på ytre stimuli, akkurat som en gitar streng vibrerer i respons til utenfor excitations. Som»s hva broen gjorde det meste av tiden: bare vibrerte opp-og-ned-biler som passerte over det, så vinden blåste, etc. Det gjorde hva enhver hengebru ville gjøre, bare litt mer alvorlig på grunn av kostnadsbesparende tiltak som er iverksatt i sin konstruksjon. Konstruksjoner som broer er spesielt god til å kaste denne type energi, så som, på sitt eget, ikke utgjorde noen fare for kollaps.,

Men som vinden gikk over broen på 7. November, en sterkere og mer vedvarende vind enn det noen gang hadde opplevd før, forårsaker virvlene til form som den stadige vinden gikk over broen. I små doser, dette ville»t utgjøre mye av et problem, men ta en titt på virkninger av disse virvlene på en struktur i videoen nedenfor.

Over tid, kan de forårsake en aerodynamisk fenomen kjent som «flutter», hvor ytterpunktene i retning av vinden får en ekstra rocking bevegelse til dem., Dette fører til at ytre deler å flytte vinkelrett på vindretningen, men ut-av-fase fra den generelle opp-og-ned-bevegelser av broen. Dette fenomenet flagre har vært kjent for å være katastrofalt for fly, men det ble aldri sett i en bro før. I alle fall ikke til denne grad.

Når flagre effekt begynte, ett av stål suspensjon kabler som støtter bridge knakk, fjerne den siste store hinder for dette flagrende bevegelse. Det var når flere bølger, der to sider av broen gynget frem og tilbake i harmoni med hverandre, begynte for alvor. Med den vedvarende, sterk vind, vil den fortsatte virvlene, og ikke har evne til å spre disse kreftene, broen»s rock fortsatte med uforminsket styrke, og til og med intensivert. De siste menneskene på broen, fotografer, flyktet fra åstedet.,

Men det var»t resonans som førte bridge ned, men heller selvpåført rocking!, Uten en evne til å spre sin energi, er det bare holdt kronglete rygg-og-tilbake, og som den kronglete fortsatte fortsatte det å ta skade, like kronglete et solid objekt rygg-og-tilbake, vil svekke det, til slutt fører til det å bryte. Det didn»t ta noen fancy resonans å bringe bridge ned, bare en mangel på framsyn av alle effekter som vil være i spill, billige konstruksjon teknikker, og en unnlatelse av å beregne alle relevante styrker.

Dette var»t en total fiasko, men. Ingeniører som undersøkte sin kollapset begynte å forstå fenomenet raskt, og innen 10 år, hadde de en ny sub-feltet av vitenskap for å ringe sine egne: bridge aerodynamikk-aeroelastics. Fenomenet flutter er nå godt forstått, men det har å bli husket for å være effektiv., De to broer tiden strekker Tacoma Narrows» forrige bane har revet opp de feil, men London»s Millennium Bridge og Russland»s Volgograd Bridge har begge hadde «flutter»-relaterte feil eksponert i det 21. århundre.

Don»t skylden resonans for den mest berømte bro-sammenbruddet av alle. Den egentlige årsaken er mye skumlere, og kan påvirke hundrevis av broer over hele verden hvis vi glemmer å ta høyde for, og redusere den flagrende virkninger som brakte denne ned.