Když Tacoma Zužuje Most přes Puget Sound ve státě Washington skvěle se zhroutil na 7. listopadu, 1940, byl zachycen pro potomstvo. Záběry se staly základem učebnicového příkladu rezonance, což je standardní téma ve fyzice středních škol. Ale to klasické vysvětlení je nesprávné.

Základní konstrukce pro most inženýra Clarka Eldridge byly pro typický visutý most s 25-noha-vysoký krovy pod silnicí vyztužit most a udržet ji z houpající se příliš mnoho., Navrhovaný návrh za 11 milionů byl ale nákladný. Inženýr Leon Moisseiff — kdo konzultován na Golden Gate Bridge v San Franciscu — kontroval s románem a esteticky design, který nahrazuje vazníky s 8-noha-vysoký deska nosníky, snížení stavebních nákladů na 8 milionů dolarů, ale poskytuje mnohem méně odolnost vůči ohybu a kroucení.,

Moisseiff a jeho newyorský kolega, Frederick Lienhard, tvrdil, že hlavní kabely by být dostatečně tuhý, aby absorbovat dost statický tlak větru ke stabilizaci struktury, protože aerodynamické síly působící na most by tlačit pouze na stranu, spíše než nahoru a dolů. Jejich argument byl založen na teorii vychýlení, kterou vyvinuli rakouští stavební inženýři.

že levnější, štíhlejší a elegantnější design vyhrál a stavba začala 27. září 1938., Tam byly problémy, i když byl most stále postaveny, s paluby pohybující se nahoru a dolů, vertikálně výrazně i mírně větrné podmínky. To přimělo stavební dělníky, aby dabovali most „cválající Gertie“, inspirovaný populární písní saloon. Když se most otevřel 1. července 1940, veřejnost zažila vibrace z první ruky.,

bylo provedeno Několik pokusů o snížení skákací: tie-down kabely kotvení desky nosníky do hmotnosti 50 tun betonových bloků (kabely brzy prasklo); přidání sklon kabel pobyty spojující hlavní kabely do středu paluby; a hydraulické nárazníky tlumit hlavní rozpětí je podélný pohyb. Žádný z nich neměl příliš tlumící účinek. Washington Toll Bridge Authority tedy přivedl profesora inženýrství na univerzitě ve Washingtonu Fredericka Farquharsona, aby provedl studie větrných tunelů v naději, že najde řešení.,

cválající Gertie byla překvapivě dobře vychovaná po celý říjen, přestože byla odstřelena větrem o rychlosti 50 km / h. Ale Farquharson si všiml, že občas se jeho modely by se ukázat, kroucení pohyb, a později novinářům řekl, „dívali Jsme se na to a řekl, že pokud to druh pohybu, kdy došlo na skutečný most, to by byl konec mostu.“

Farquharson stál na Tacoma Narrows Bridge na ráno 7. listopadu, a poznamenal, že problematické kroucení pohyb mostu — spíše než typické poskakování — s rostoucí alarm., O půl hodiny dříve, úředníci zavřeli do provozu, ale Tacoma News Tribune reportér Leonard Coatsworth dělal to na most těsně předtím, než pak, ale když byl v půlce, a to zejména big bounce svrhly jeho auto na jeho straně. Vyskočil a podařilo se plazit, modřiny a krvácení, na ruce a kolena na bezpečnost věže, jako šest lampy prasklo a ocelové krytiny na kabely vyrábí kovové zdi. Velké ocelové lano prasklo kolem 11 hodin, následuje dunivý řev jako 600 metrů vozovky rozpadl do vody níže., Nakonec prasklo celé středové rozpětí a zůstaly jen dvě věže.

následující dny odhalily Boj o vysvětlení, proč se most zřítil. Článek New York Times jej připisoval fenoménu rezonance :“ čas po sobě jdoucích kohoutků správně a brzy se kyvadlo houpe s maximální amplitudou. Takže s tímto mostem.“A když pedagog Franklin Miller distribuoval záběry kolapsu pro použití ve třídě v roce 1962, jedna z titulků chybně zmínila „rezonanční vibrace“ jako příčinu., (Záběry sám také dokázal být zavádějící, a to díky chybám konverzi prvních filmových rolí do jiných formátů s různými snímků za sekundu sazby.)

toto vysvětlení uvízlo po celá desetiletí, přestože Federální úřad práce dospěl k závěru, že rezonance je „nepravděpodobným“ vysvětlením. Farquharson to potvrdil ve své vlastní zprávě o deset let později. Pravý viník byl kroucení pohyb pozoroval, jak v jeho rané modely a na most samotný den rozpadu.,

Pro více informací, níže je část z Washington State Department of Transportation (DOT) nedatováno on-line zprávu o příčině Tacoma Zužuje Most kolaps:

Proč Galloping Gertie Kolaps?

… primární vysvětlení selhání cválající Gertie je popsáno jako “ torzní flutter.“Pomůže to rozdělit tuto komplikovanou sérii událostí do několika etap.

zde je shrnutí klíčových bodů ve vysvětlení.

  1. obecně měl most zužující se z roku 1940 relativně malou odolnost vůči torzním (kroucením) silám., Bylo to proto, že měl tak velký poměr hloubky k šířce, 1 k 72. Gertie je dlouhý, úzký, a mělké vyztužení nosník dělal strukturu velmi flexibilní.
  2. ráno 7. listopadu 1940 krátce po 10. hodině došlo k kritické události. Kabelový pás v polovině rozpětí na severním kabelu sklouzl . To umožnilo oddělení kabelu do dvou nerovných segmentů. To přispělo ke změně z vertikálního (nahoru a dolů) na torzní (kroucený) pohyb můstkové paluby.
  3. také přispíval k torznímu pohybu mostní paluby byl “ vír prolévání.,“Stručně řečeno, vortex prolévání došlo v zužuje mostu takto:
    1. vítr odděleny, jak to dopadlo na stranu cválající Gertie paluby, 8-noha pevné desky nosník. V můstkové palubě došlo k malému zkroucení, protože i ocel je elastická a změny se tvoří při vysokém namáhání.
    2. kroucená mostní paluba způsobila zvýšení oddělení proudění větru. To vytvořilo vír nebo vířící sílu větru, která dále zvedla a zkroucila palubu.
    3. konstrukce paluby odolávala tomuto zvedání a kroucení. Měla přirozenou tendenci vrátit se do své předchozí pozice., Jak se vrátil, jeho rychlost a směr odpovídaly Zvedací síle. Jinými slovy, pohyboval se“ ve fázi “ s vírem. Pak, vítr posílil tento pohyb. Tím vznikla událost „lock-on“.
  4. Ale vnější síla větru na pokoji nebylo dostatečné, aby způsobit závažné kroucení, který vedl Most k nezdaru.
  5. nyní se pohyb paluby dostal do “ torzního flutteru.““Torzní flutter“ je složitý mechanismus. „Flutter“ je samo-indukovaný harmonický vibrační vzorec. Tato nestabilita může růst na velmi velké vibrace.,

když se pohyb mostu změnil z vertikální na torzní oscilaci, struktura absorbovala více větrné energie. Kroucený pohyb mostní paluby začal ovládat větrný vír, takže oba byli synchronizováni. Kroucení struktury se stalo samo-generující. Jinými slovy, síly působící na mostě již nebyly způsobeny větrem. Vlastní pohyb mostní paluby vyvolal síly. Inženýři nazývají tento“ sebe-vzrušený “ pohyb.

bylo rozhodující, že dva typy nestability, vírové prolévání a torzní flutter, oba se vyskytly při relativně nízkých rychlostech větru., Obvykle, vortex shedding dochází při relativně nízkých rychlostech větru, jako 25 až 35 mph, a torzní chvění při vysokých rychlostech větru, jako 100 mph. Vzhledem k gertieho konstrukci a relativně slabé odolnosti vůči torzním silám, od vírové nestability se most dostal přímo do “ torzního flutteru.“

nyní byl most mimo svou přirozenou schopnost“ tlumit “ pohyb. Jakmile začaly kroucené pohyby, ovládaly vírové síly. Torzní pohyb začal malý a postavený na vlastní indukované energii.,

jinými slovy, cval gertieho kroucení způsobil více zkroucení, pak větší a větší zkroucení. To se zvýšilo mimo pevnost mostní konstrukce, aby odolalo. Selhání vyústilo.

návrháři mostů z 19. století se poučili z mnoha kolapsů mostů, ale návrháři 20. století je nedbali. Znovu, citoval Washington State DOT zpráva:

První Šetření-Dílčí Odpovědi na „Proč“

Brzy suspension-bridge selhání je výsledkem světla polí s velmi flexibilní balíčky, které byly vystaveny větru (aerodynamický) sil., Na konci 19. století se inženýři přesunuli k velmi tuhým a těžkým závěsným mostům. John Roebling vědomě navrhl Brooklynský most z roku 1883 tak, aby byl stabilní proti stresu větru. Na počátku 20. století, nicméně, říká David P. Billington, Roebling „historického pohledu se zdálo, byly nahrazeny vizuální preference nesouvisí s pozemní stavitelství.

pouhé čtyři měsíce poté, co Gertie selhal, profesor stavebního inženýrství na Columbia University, J. K., Finch, publikoval článek v Engineering News-Record, který shrnul více než století selhání visutého mostu. Finch prohlásil, ‚Tyto dávno zapomenuté problémy s včasnou visuté mosty jasně ukazují, že zatímco moderní inženýry, výkyvy Tacoma bridge představoval něco zcela nového a divného, nebyli — oni prostě zapomnělo.’…Celá generace návrhářů visutých mostů-inženýrů zapomněla na Lekce 19. století., Poslední velké selhání visutého mostu se stalo o pět desetiletí dříve, když v roce 1889 spadl niagara-Cliftonův most. A ve třicátých letech nebyly aerodynamické síly vůbec dobře pochopeny.

Následky

pozůstatky původního Tacoma Zužuje Most paluby jsou stále na dně Puget Sound, které tvoří umělý útes, a jeho strana se klene byly roztaveny pro ocelové během druhé Světové Války. Nakonec státní orgány schválené náhradní most, dokončený v roce 1950 a daboval ‚Robustní Gertie., Tentokrát design používá 33-noha nosníky pro vyztužení mostu, stejně jako vítr rošty a hydraulické tlumiče. Druhý most byl přidán v roce 2007.

1. Washington Ministerstvo dopravy, Tacoma zužuje most: poučení ze selhání velkého stroje, proč se cválající Gertie zhroutila? K dispozici na adrese wsdot.wa.gov/TNBhistory/Machine/machine3.htm#6

2. tamtéž., První vyšetřování-částečné odpovědi na “ Proč.“

Další Čtení:

Green, D. a Unruh, W. G. „Selhání Tacoma Bridge: fyzický model,“ American Journal of Physics 74 (2006): 706.,

Pasternak, Alex. „Nejpodivnější, Nejúžasnější Zhroucení Mostu (A Jak Jsme To Udělali Špatně),“ Základní Deska, Prosinec 2015.