塔科瑪大橋的自毀是“共振”造成的。
所謂“共振”,就是振動體在周期性變化的外力作用下,當(dāng)外力的頻率與振動體固有的振動頻率很接近或相等時,就會產(chǎn)生振幅急劇增大的現(xiàn)象。
從觀察中知道,每一座橋梁都處在不休止的振動狀態(tài)中。那么,塔科瑪大橋受到什么周期性規(guī)則變化的外力呢?是過橋的汽車和行人嗎?不是,它們一般是沒有規(guī)律性的干擾。值得懷疑的就是風(fēng)了。
風(fēng)吹大橋,日夜不息。但是,風(fēng)一陣大,一陣小,強弱不同,速度和頻率都不同。因此,在一般情況下無規(guī)則的風(fēng)對橋梁的干擾不可能是周期性的。即使颶風(fēng)襲擊,只要橋梁強度有保證,就不會發(fā)生摧毀現(xiàn)象。
一九四○年橋毀之日,風(fēng)并不是最大的,比起設(shè)計時考慮大橋能抗拒的風(fēng)暴要小。但問題恰恰就在于那“一陣一陣的大風(fēng)”,吹得那樣富有規(guī)則,成了對大橋的周期性的干擾;而且更巧的是,風(fēng)的頻率與大橋的自然振動頻率趨近一致了。這一瞬間,振幅就驟然劇增,使大橋“大大搖晃起來”,終于造成了大橋的自毀。
其實,遠在古時候,就曾發(fā)生過一隊士兵以整齊的步伐列隊過橋,使橋梁遭受破壞的轟動事件。后來,人們才知道這是“共振”的原因。
塔科瑪大橋墮毀后,引起了橋梁工程界對空氣動力穩(wěn)定性問題的極大重視:在測定橋的自由振動規(guī)律,梁的結(jié)構(gòu)型式,以及增加剛性等方面,探索技術(shù)改進,以提高橋的空氣動力穩(wěn)定性和避免嚴重共振現(xiàn)象的發(fā)生。
那么,“共振”是不是沒有給人類帶來好處?不,人們認識了它,就利用它為人類服務(wù)。例如,小提琴等弦樂器就是利用共鳴(共振在聲學(xué)中的另一名稱)的原理制成的;物理學(xué)中的測振器、測速器,也是應(yīng)用“共振”現(xiàn)象制成的。
黃夢平答