歷史上有一次世界著名的大橋風毀事件,那就是1940年的美國塔科馬海峽吊橋(Tacoma Narrows Bridge)風毀事件。
位於塔科馬海峽吊峽的塔科馬大橋於1938年開始修建耗時兩年成功,1940年7月1日建成通車。
橋長1810米,寬12米,當時為僅次於金門大橋和喬治華盛頓大橋的世界上第三大懸索橋,僅投資就花費高達640萬美元,可以說是舉世矚目並且重金打造的項目,然而與泰坦尼克號一樣,讓人意想不到的是大橋建成後四個月於11月7日就發生了倒塌。
這座大橋的倒塌時的影片資料被保留了下來,我們可以清晰地看到事故發生的一幕。從影片中可以看到中級風就能夠讓大橋搖搖晃晃,造成坍塌時不過是因為十九米每秒的風。
萬幸的是,當時橋身一直在搖晃,橋上沒有行人,沒有造成人員傷亡,不過唯一喪生的是巴尼·埃利奧特(Barney Elliott)的視頻中的那隻狗,他淹死在主人的車裡。
最後科學家對此給出了官方的解釋
建橋之前沒有充分考慮到空氣動力學的原理。
空氣動力學表示在一定的風速範圍內,風穿過大橋的氣流會產生兩串兒平行的反向漩渦,這些漩渦會發生週期性的作用力。
如果這個作用力和大橋之間的作用力產生共振,且振動週期越接近,造成的壓力也會越大,最終橋樑結構像麻花一樣徹底扭曲了。
舉一個簡單的例子,就像和尚敲鐘一樣,按照相同的時間間隔敲下去,聲音越來越響,大橋通過風的敲擊越來越晃,扭曲變形後,最終導致倒塌。
我們看到的就是被風吹倒的,在塔科馬海峽大橋坍塌事件中,風能最終戰勝了鋼的彎曲變形,使鋼樑發生斷裂,最終導致了這場悲劇。
生活中其實隨處可見共振的例子,比如:我們聲帶發出的聲音,石子投入水中蕩起的漣漪都是共振的現象,我們可以應用共振現像比如:有琴弦的樂器、收音機的調諧等。
當然在橋樑等建築中就要避免共振,比如在橋樑結構中註入彈簧減震器來減少橋樑共振的可能性,改變橋樑的自諧振頻率,使得從外界吸收能量的過程得不到延續,也就沒有了共振的基礎。
生活中的物理現象無處不在,無時不有,掌握了這些原理應用到生產生活當中,就能避免不必要的損失,我想這就是科學的魅力。