Wetenschap bustes de grootste mythe ooit over waarom bruggen instorten

de instorting van de Tacoma Narrows Bridge op de ochtend van 7 November 1940 is het meest iconische voorbeeld van een spectaculair brugfalen in de moderne tijd., Als de derde grootste hangbrug ter wereld, achter de George Washington en Golden Gate bridges, verbond de brug Tacoma met het gehele schiereiland Kitsap in Puget Sound, en werd geopend voor het publiek op 1 juli 1940. Slechts vier maanden later, onder de juiste windomstandigheden, werd de brug aangedreven met zijn resonantiefrequentie, waardoor hij trilde en oncontroleerbaar draaide. Na meer dan een uur golfen stortte het middelste deel in en werd de brug verwoest., Het was een getuigenis van de kracht van resonantie, en is sindsdien gebruikt als een klassiek voorbeeld in natuurkunde en engineering klassen in het hele land. Helaas is het verhaal een complete mythe.

elk fysiek systeem of object heeft een frequentie die van nature inherent is aan het systeem: zijn resonantiefrequentie. Een schommel, bijvoorbeeld, heeft een bepaalde frequentie waarop je kunt rijden; als kind leer je jezelf op tijd te pompen met de schommel., Pomp te langzaam of te snel, en je ‘ ll nooit opbouwen snelheid, maar als je pomp op precies de juiste snelheid, kunt u swingen zo hoog als je spieren je zal nemen. Resonantiefrequenties kunnen ook rampzalig zijn als je te veel trillingsenergie opbouwt in een systeem dat het niet aankan, dat is hoe geluid alleen op precies de juiste toonhoogte in staat is om een wijnglas te laten verbrijzelen.

Het is logisch, kijkend naar wat er met de brug is gebeurd, dat resonantie de boosdoener zou zijn. En dat is de makkelijkste valkuil in de wetenschap: als je met een verklaring komt die eenvoudig is, meeslepend en voor de hand ligt. Want in dit geval is het helemaal verkeerd. Je kunt berekenen wat de resonantiefrequentie van de brug zou zijn, en er Reed niets op die frequentie. Alles wat je had was een aanhoudende, sterke wind. In feite was de brug zelf helemaal niet golvend op zijn resonantiefrequentie!,

maar het verhaal van wat er werkelijk gebeurde was fascinerend, en bevat lessen-lessen die we niet noodzakelijkerwijs in acht hebben genomen-voor alle bruggen die we sindsdien hebben gebouwd.

wanneer een object tussen twee punten wordt opgehangen, is het vrij om te bewegen, te trillen, te oscilleren, enz., Het heeft zijn eigen reactie op externe stimuli, net zoals een gitaarsnaar trilt in reactie op externe excitaties. Dat “s wat de brug deed de meeste van de tijd: gewoon trilde op-en-neer als auto’ s passeerde over het, als de wind waaide, enz. Het deed wat elke hangbrug zou doen, alleen iets ernstiger als gevolg van de kostenbesparende maatregelen uitgevoerd in de bouw. Structuren zoals bruggen zijn bijzonder goed in het afstoten van dit soort energie, zodat, op zichzelf, geen gevaar voor instorting vormde.,

maar als de wind over de brug ging op 7 November, een sterkere, meer aanhoudende wind dan het ooit eerder had ervaren, waardoor wervelingen te vormen als de constante wind over de brug. In kleine doses, dit zou niet veel van een probleem vormen, maar neem een kijkje op de effecten van deze vortexes op een structuur in de video hieronder.

na verloop van tijd veroorzaken ze een aerodynamisch fenomeen dat bekend staat als “flutter”, waarbij de extremiteiten in de richting van de wind een extra schommelbeweging krijgen., Dit zorgt ervoor dat de buitenste delen loodrecht op de windrichting bewegen, maar uit fase van de totale op-en-neer beweging van de brug. Dit fenomeen van flutter is bekend als rampzalig voor vliegtuigen, maar het werd nooit eerder gezien in een brug. Tenminste, niet in deze mate.

toen het flutter-effect begon, brak een van de stalen ophangkabels die de brug ondersteunen, waardoor het laatste grote obstakel voor deze fladderende beweging werd weggenomen. Dat was toen de extra golvingen, waar de twee zijden van de brug heen en weer schommelden in harmonie met elkaar, begonnen in alle ernst. Met de aanhoudende, sterke winden, de voortdurende wervelingen, en geen vermogen om die krachten te verdrijven, de brug ‘ s schommelen voortgezet onverminderd, en zelfs geïntensiveerd. De laatste mensen op de brug, de fotografen, vluchtten.,

maar het was ” t resonantie die de brug naar beneden bracht, maar eerder het zelfgeïnduceerde rocken!, Zonder een vermogen om zijn energie af te voeren, bleef het gewoon heen en weer draaien, en terwijl het draaien verder ging, bleef het schade oplopen, net zoals het heen en weer draaien van een vast object het verzwakt, uiteindelijk leidt tot het breken. Er was geen mooie resonantie nodig om de brug neer te halen, alleen een gebrek aan vooruitziende blik van alle effecten die zouden spelen, goedkope bouwtechnieken, en een gebrek aan het berekenen van alle relevante krachten.

Dit was echter geen totale mislukking. De ingenieurs die zijn ingestort onderzochten begonnen het fenomeen snel te begrijpen; binnen 10 jaar hadden ze een nieuw subgebied van de wetenschap om hun eigen te noemen: Bridge aerodynamics-aeroelastics. Het fenomeen van flutter is nu goed begrepen, maar het moet worden herinnerd om effectief te zijn., De twee bruggen die momenteel de Tacoma Narrows “vorige pad hebben geschoren die gebreken, maar Londen”s Millennium Bridge en Rusland”Volgograd Bridge hebben beide had “flutter”-gerelateerde gebreken blootgesteld in de 21e eeuw.

geef resonantie niet de schuld van de beroemdste brug-instorting van allemaal. De ware oorzaak is veel enger, en kan honderden bruggen over de wereld beïnvloeden als we ooit vergeten de fladderende effecten die deze neergehaald hebben, te verklaren en te verzachten.