大橋像麵條一樣扭動?這個物理學家80年給出了答案

2021-01-17 簡說趣味歷史

5月5號,虎門大橋因為劇烈晃動而封閉,一度上了新聞熱搜榜。很多網友也紛紛猜測大橋晃動的原因是什麼。

其實,這並不是記錄在案的第一起大橋晃動事件。早在80年前,就有類似的事件發生。

1940年11月7日,美國塔科馬海峽發生了歷史上最為標誌性的吊橋垮塌事件。當天的風速經過技術人員測量,在早上七點半是38英裡每小時,兩個小時後增強至42英裡每小時。這一風速的空氣流動在橋上形成了周期性的兩串平行反向空氣漩渦,並對橋梁產生持續的浸染力,當該浸染力和大橋的振動頻率相近時,便會引起橋面的強烈晃動。

巧的是,當時塔科馬海峽吊橋附近正好有一個正在拍電影的劇組,在看到橋面劇烈晃動之後,拍下了下面這幾組珍貴的鏡頭。

從畫面中我們可以看到,原本剛硬的橋面在產生共振的時候,宛如柔軟的麵條一樣四下扭動。橋上的車輛也隨著橋面上下起伏。最終,承載大橋重量的橋索在反覆的拉扯下斷裂,塔科馬海峽吊橋垮塌。

這座橋梁的垮塌引起了當時建築界的一致重視。著名的物理學家,航天航空工程師——馮·卡門——也是錢學森留美時候的導師,對這一現象進行了細緻的研究。為了紀念他做出的突出貢獻,人們便將這一現場稱為「卡門渦街」。

塔科馬海峽吊橋事件也是卡門渦街引起的。之所以風速不大依然能夠引起橋面劇烈晃動的原因就是兩者之間產生了共振。就像我們平時蕩鞦韆一樣,只要使力的方向正確,哪怕我們沒有使出多大力氣,鞦韆都會慢慢晃動起來,並且在規律性使力的情況下,越蕩越高。這也是為什麼大橋扛得住颱風卻扛不住這42英裡風速的原因。

除了1940年美國塔科馬海峽吊橋外,人們在了解這一現象背後的原理之後,調出了歷史上大橋垮塌事件的記載,發現自1818年以來,總共有超過11座懸索橋因為風吹的原因垮塌。韓國第二Jindo大橋也曾遭遇過卡門渦街現象。

至於本次虎門大橋是不是同樣的原因,我沒有更多的證據,也不好下結論,寫本文的目的也只是提供一種思路給大家。至於真實原因是什麼,請等待官方的調查解釋。

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