Nauka Obala największy mit o tym, dlaczego mosty się zapadają

zawalenie się Mostu Tacoma Narrows rankiem 7 listopada 1940 roku jest najbardziej ikonicznym przykładem spektakularnej awarii mostu w czasach współczesnych., Jako trzeci co do wielkości most wiszący na świecie, za mostami George Washington i Golden Gate, łączył Tacoma z całym Półwyspem Kitsap w Puget Sound i został otwarty dla publiczności 1 lipca 1940 roku. Zaledwie cztery miesiące później, przy odpowiednim wietrze, most był napędzany z częstotliwością rezonansową, powodując niekontrolowane drgania i skręcanie. Po trwającej ponad godzinę falowaniu środkowa część zawaliła się, a most został zniszczony., Był świadectwem potęgi rezonansu i od tego czasu jest używany jako klasyczny przykład na lekcjach fizyki i inżynierii w całym kraju. Niestety, historia jest kompletnym mitem.

każdy układ fizyczny lub obiekt ma częstotliwość, która jest z nim naturalnie związana: jego częstotliwość rezonansowa. Huśtawka, na przykład, ma określoną częstotliwość, na którą możesz ją prowadzić; jako dziecko nauczysz się pompować się w czasie z huśtawką., Pompuj zbyt wolno lub zbyt szybko, a nigdy nie będziesz budować prędkości, ale jeśli pompujesz z odpowiednią prędkością, możesz huśtać się tak wysoko, jak twoje mięśnie cię zabiorą. Częstotliwości rezonansowe mogą być również katastrofalne, jeśli zgromadzisz zbyt dużo energii wibracyjnej w systemie, który nie poradzi sobie z tym, co sam dźwięk przy odpowiedniej wysokości może spowodować rozbicie kieliszka do wina.

patrząc na to, co stało się z mostem, ma sens, że rezonans byłby winowajcą. I to jest najprostsza pułapka w nauce: kiedy wymyślisz Wyjaśnienie, które jest proste, przekonujące i wydaje się oczywiste. Bo w tym przypadku, to jest całkowicie złe. Możesz obliczyć, jaka byłaby częstotliwość rezonansowa mostu, a na tej częstotliwości nic nie jechało. Wszystko, co miałeś, to trwały, silny wiatr. W rzeczywistości sam most nie był w ogóle falowany przy częstotliwości rezonansowej!,

ale historia tego, co się naprawdę działo, była fascynująca i Zawiera lekcje-lekcje, których nie koniecznie wzięliśmy pod uwagę — dla wszystkich mostów, które zbudowaliśmy od tego czasu.

ilekroć masz obiekt zawieszony między dwoma punktami, możesz swobodnie poruszać się, wibrować, oscylować itp., Ma swoją własną reakcję na bodźce zewnętrzne, podobnie jak struna gitary wibruje w odpowiedzi na pobudzenia zewnętrzne. To właśnie most robił przez większość czasu: po prostu wibrował w górę iw dół, gdy przejeżdżały nad nim Samochody, gdy wiał wiatr itp. Zrobił to, co zrobiłby każdy most wiszący, tylko nieco surowszy ze względu na środki oszczędnościowe wprowadzone w jego budowie. Konstrukcje takie jak mosty są szczególnie dobre w oddawaniu tego rodzaju energii, tak że same w sobie nie stwarzają zagrożenia zawalenia.,

ale gdy wiatr przeszedł przez most 7 listopada, silniejszy, bardziej trwały wiatr niż kiedykolwiek wcześniej, powodując wiry, gdy stały wiatr przechodził przez most. W małych dawkach nie stanowiłoby to większego problemu, ale spójrz na wpływ tych wirów na strukturę w poniższym filmie.

z czasem powodują zjawisko aerodynamiczne zwane „trzepotaniem”, w którym kończyny w kierunku wiatru otrzymują dodatkowy ruch kołysania., Powoduje to, że zewnętrzne części poruszają się prostopadle do kierunku wiatru, ale poza fazą od ogólnego ruchu w górę iw dół mostu. Zjawisko trzepotania było znane jako katastrofalne dla samolotów, ale nigdy wcześniej nie widziano go na moście. Przynajmniej nie do tego stopnia.

Kiedy zaczął się efekt trzepotania, jeden ze stalowych kabli zawieszenia podtrzymujących most pękł, usuwając ostatnią poważną przeszkodę w tym trzepotaniu. Wtedy zaczęły się na poważnie dodatkowe pofałdowania, w których obie strony mostu kołysały się w harmonii ze sobą. Przy utrzymujących się, silnych wiatrach, ciągłych Wirach i braku możliwości rozproszenia tych sił, kołysanie mostu trwało bez przerwy, a nawet się nasiliło. Ostatni ludzie na moście, fotografowie, uciekli z miejsca zdarzenia.,

ale to nie rezonans spowodował upadek mostu, ale raczej samoczynne kołysanie!, Bez zdolności do rozpraszania energii, po prostu kręcił się tam i z powrotem, a gdy kręcenie trwało, nadal otrzymywał obrażenia, tak jak skręcanie stałego obiektu w tę i z powrotem osłabi go, ostatecznie prowadząc do jego złamania. Nie trzeba było żadnych fantazyjnych rezonansów, aby zniszczyć most, tylko brak przewidywania wszystkich efektów, które byłyby w grze, tanie techniki budowlane i brak obliczenia wszystkich istotnych sił.

nie była to jednak całkowita porażka. Inżynierowie, którzy badali jego upadek, zaczęli szybko rozumieć to zjawisko; w ciągu 10 lat mieli nową dziedzinę nauki, którą nazwali własną: aerodynamikę mostów-aeroelastykę. Zjawisko trzepotania jest teraz dobrze zrozumiane, ale trzeba o tym pamiętać, aby było skuteczne., Dwa mosty, które obecnie rozciągają się na poprzedniej ścieżce Tacoma Narrows, usunęły te wady, ale London 's Millennium Bridge i Russia' s Volgograd Bridge, oba miały wady związane z”trzepotaniem” ujawnione w XXI wieku.

nie obwiniaj mnie za najbardziej znany most-upadek ze wszystkich. Prawdziwa przyczyna jest znacznie straszniejsza i może wpłynąć na setki mostów na całym świecie, jeśli kiedykolwiek zapomnimy wyjaśnić i złagodzić skutki trzepotania, które doprowadziły ten jeden w dół.