amikor a Tacoma szűkíti a Puget Sound feletti hidat Washington államban, 1940. November 7-én híresen összeomlott, az utókor számára filmre vették. A felvétel a rezonancia tankönyvi példájának alapjává vált, amely a középiskolai fizika szokásos témája. De ez a klasszikus magyarázat helytelen.

a Kezdeti tervek a híd által mérnök Clark Eldridge egy tipikus függőhíd 25 méter magas fürtös az út alatt, hogy erősítsék a híd távol tartani a imbolygott túl sokat., De a 11 millió dolláros tervezett tervezés költséges volt. Mérnök Leon Moisseiff — aki konzultált a Golden Gate Hidat San Francisco — ellensúlyozni egy újszerű, esztétikus design, amely felváltotta a fürtös, 8 méter magas rendszámtábla tartók, csökkenti az építési költségek 8 millió dollárt, de amely jóval kevésbé ellenálló hajlítás, majd csavaró.,

Moisseiff és New York-i kollégája, Frederick Lienhard azzal érveltek, hogy a fő kábelek elég merevek ahhoz, hogy elegendő statikus szélnyomást nyeljenek el a szerkezet stabilizálásához, mivel a hídon ható aerodinamikai erők csak oldalra nyomják, nem pedig felfelé és lefelé. Érvelésük a deflációs elméleten alapult, amelyet Osztrák mérnökök fejlesztettek ki.

az olcsóbb, karcsúbb és elegánsabb dizájn győzött, az építkezés 1938.szeptember 27-én kezdődött., Még a híd építése alatt is voltak problémák, a fedélzet függőlegesen felfelé és lefelé mozog, még mérsékelten szeles körülmények között is. Ez arra késztette az építőmunkásokat, hogy a “Galopping Gertie” hídot egy népszerű szalon dal ihlette. Amikor a híd 1940.július 1-jén megnyílt, a közönség első kézből tapasztalta a rezgéseket.,

több kísérlet történt a pattogó csökkentésére: a lemeztartókat 50 tonnás betonblokkokhoz rögzítő lekötő kábelek (a kábelek hamarosan elszakadtak); a ferde kábel hozzáadása a fő kábeleket a fedélzet közepére csatlakoztatja; és a hidraulikus pufferek a fő span hosszirányú mozgásának tompításához. Egyiknek sem volt sok csillapító hatása. Tehát a Washington Toll Bridge Authority Frederick Farquharson nevű washingtoni egyetem mérnöki professzorát hozta be szélcsatorna-tanulmányok elvégzésére, abban a reményben, hogy megoldást talál.,

vágtató Gertie meglepően jól viselkedett egész októberben, annak ellenére, hogy 50 mph szél fújta. De Farquharson észrevette, hogy időnként a modelljei csavaró mozgást mutatnak, majd később azt mondta az újságíróknak: “megnéztük, és azt mondtuk, hogy ha ez a fajta mozgás valaha is megtörténik az igazi hídon, akkor a híd vége lesz.”

Farquharson november 7-én reggel a Tacoma Narrows hídon állt, és megjegyezte,hogy a híd problémás csavarása — a tipikus pattogás helyett — növekvő riasztással., Fél órával korábban a tisztviselők lezárták a forgalmat, de a Tacoma News Tribune riportere, Leonard Coatsworth közvetlenül azelőtt eljutott a hídra; de amikor félúton volt, egy különösen nagy ugrálás felborította autóját az oldalára. Kiugrott sikerült feltérképezni, zúzódás, vérzés, négykézláb, a biztonsági, a torony, mint hat lámpa hozzászólás csattant ki, majd az acél burkolatok a kábelek előállított fém falon. A nagy acél kábel elszakadt 11-kor, majd dübörgő moraja, mint 600 méteren az úttest összeomlott a víz alatt., Végül az egész középső span repedt, így csak a két torony állt.

az ezt követő napok küzdelmet mutattak annak magyarázatára, hogy miért összeomlott a híd. A New York Times cikke a rezonancia jelenségének tulajdonította: “az idő egymást követő csapja helyesen, hamarosan az inga maximális amplitúdójával ingadozik. Szóval ezzel a híddal.”Amikor Franklin Miller pedagógus 1962-ben terjesztette az osztálytermi használatra szánt összeomlás felvételét, az egyik felirat tévesen említette a “rezonancia rezgést”., (Maga a felvétel is félrevezetőnek bizonyult, köszönhetően a korai filmtekercsek más formátumokba történő konvertálásának hibáinak, különböző képkockák / másodperc arányokkal.)

Ez a magyarázat évtizedekig fennmaradt, annak ellenére, hogy a szövetségi üzemi adminisztráció arra a következtetésre jutott, hogy a rezonancia “valószínűtlen” magyarázat. Farquharson egy évtizeddel később megerősítette saját jelentésében. Az igazi bűnös az a csavaró mozgás volt, amelyet mind a korai modelljeiben, mind a bridge-en megfigyelt az összeomlás napján.,

részletesebben, az alábbiakban a washingtoni Közlekedési Minisztérium (DOT) dátum nélküli online jelentése található a Tacoma szűkíti a híd összeomlását:

miért zuhant le a vágtató Gertie?

… a galopp Gertie kudarcának elsődleges magyarázata “torziós flutter”.”Ez segít megtörni ezt a bonyolult eseménysorozatot több szakaszra.

itt található a magyarázat legfontosabb pontjainak összefoglalása.

  1. általában az 1940-es szűkített híd viszonylag kevés ellenállást mutatott a torziós (csavaró) erőkkel szemben., Ennek oka az volt, hogy ilyen nagy mélység-szélesség aránya volt, 1-72. Gertie hosszú, keskeny és sekély merevítő tartója rendkívül rugalmasabbá tette a szerkezetet.
  2. 1940. November 7-én reggel nem sokkal 10 óra után kritikus esemény történt. A kábel sáv közepén span az északi kábel megcsúszott . Ez lehetővé tette a kábel elválasztását két egyenlőtlen szegmensre. Ez hozzájárult a hídfedélzet függőleges (felfelé és lefelé) torziós (csavaró) mozgásához.
  3. szintén hozzájárult a torziós mozgás a híd fedélzet volt ” örvény szórnak.,”Röviden, vortex szóródás történt a Narrows híd az alábbiak szerint:
    1. szél elválasztott, ahogy ütött az oldalán vágtató Gertie fedélzet, a 8 láb szilárd lemez gerenda. Kis mennyiségű csavarás történt a hídfedélzeten, mert még az acél is rugalmas, a változások nagy stressz alatt alakulnak ki.
    2. a csavaró hídfedélzet a széláram elválasztását növelte. Ez egy örvényt, vagy örvénylő szélerőt képezett, amely tovább emelte és megcsavarta a fedélzetet.
    3. a fedélzet szerkezete ellenállt az emelésnek és a csavarásnak. Természetes volt, hogy visszatér korábbi helyzetébe., Ahogy visszatért, sebessége és iránya megegyezett az emelőerővel. Más szavakkal, “fázisban” mozgott az örvényrel. Aztán a szél megerősítette ezt a mozgást. Ez készített egy “lock-on” esemény.
  4. de a szél külső ereje önmagában nem volt elegendő ahhoz, hogy a szűkített híd súlyos csavarását okozza.
  5. most a fedélzet mozgása “torziós lebegésbe” ment. A “torziós flutter” összetett mechanizmus. A “Flutter” egy önindukált harmonikus rezgésmintázat. Ez az instabilitás nagyon nagy rezgésekre nőhet.,

amikor a híd mozgása függőlegesről torziós oszcillációra változott, a szerkezet több szélenergiát szívott fel. A hídfedélzet csavaró mozgása elkezdte irányítani a szél örvényét, így a kettő szinkronizálva volt. A szerkezet csavaró mozdulatai öntermelővé váltak. Más szavakkal, a hídon ható erőket már nem a szél okozta. A hídfedélzet saját mozdulata hozta létre az erőket. A mérnökök ezt az “Ön izgatott” mozgást hívják.

kritikus volt, hogy az instabilitás két típusa, az örvényhullás és a torziós lebegés, mindkettő viszonylag alacsony szélsebesség mellett történt., Általában az örvényhullás viszonylag alacsony szélsebességnél, például 25-35 mph-nál, a torziós lebegés pedig nagy szélsebességnél, például 100 mph-nál fordul elő. Mivel Gertie kialakítása, és viszonylag gyenge ellenállás torziós erők, az örvény szórnak instabilitás a híd ment jobbra ” torziós lebegés.”

most a híd túl volt a természetes képességén, hogy “tompítsa” a mozgást. Miután a csavaró mozgások megkezdődtek, irányították az örvény erőket. A torziós mozgás kicsiben kezdődött, és saját önindukált energiájára épült.,

más szóval, a vágtató Gertie csavarása nagyobb csavarást, majd nagyobb és nagyobb csavarást váltott ki. Ez nőtt túl a híd szerkezete erőt ellenállni. A kudarc eredménye.

a 19. századi hídtervezők fájdalmas tanulságokat tanultak számos híd összeomlásából, de a 20.századi tervezők nem vették figyelembe őket. Ismét idézve a Washington State DOT jelentést:

első vizsgálatok-részleges válaszok a “Miért”

korai felfüggesztési-hídhibákra, amelyek a szél (aerodinamikai) erőkre érzékeny, nagyon rugalmas fedélzet könnyű kiterjedéséből adódtak., A 19. század végén a mérnökök nagyon merev és nehéz függőhidak felé mozdultak el. John Roebling tudatosan tervezte az 1883-as Brooklyn-hidat, hogy stabil legyen a szél által okozott feszültségek ellen. A 20. század elején, azonban, mondja David P. Billington, Roebling ” történelmi perspektíváját úgy tűnt, hogy a szerkezeti tervezéstől független vizuális preferencia váltotta fel.

mindössze négy hónappal azután, hogy Gertie megbukott, a Columbia Egyetem Építőmérnöki professzora, J. K., Finch, megjelent egy cikket A Engineering News-Record-ban, amely több mint egy évszázados függőhíd-kudarcokat összegzett. Finch kijelentette, Ezek a rég elfeledett nehézségek korai függőhidakat egyértelműen azt mutatják, hogy míg a modern mérnökök, a gyrations a Tacoma híd létrehozott valami teljesen új, furcsa, nem voltak újak, csak elfelejtettem.”…A felfüggesztés-híd tervezőinek egész generációja elfelejtette a 19.század tanulságait., Az utolsó nagy felfüggesztés-híd meghibásodás öt évtizeddel korábban történt, amikor a Niagara-Clifton híd 1889-ben esett. Az 1930-as években az aerodinamikai erők egyáltalán nem voltak jól ismertek.

Következmény

az továbbra is Az eredeti Tacoma Narrows Híd fedélzeten még az alján a Puget Sound, amely egy mesterséges zátony, valamint az oldalon ível égett le az acél a második világháború alatt. Végül az állami hatóságok által jóváhagyott helyettesítő híd, befejezett 1950-ben, valamint a szinkronizált ‘Erős Gertie., A kivitelezés ezúttal 33 méteres rácsokat használt a híd merevítésére, valamint szélrácsokat és hidraulikus lengéscsillapítókat. 2007-ben egy második híd került hozzáadásra.

1. Washington State Department of Transportation, Tacoma Narrows Bridge: Tanulságok a hiba egy nagy gép, miért vágtató Gertie összeomlott? Elérhető a következő címen wsdot.wa.gov/TNBhistory/Machine/machine3.htm#6

2. ugyanott., Első vizsgálatok-részleges válaszok a ” Miért.”

további olvasmányok:

Zöld, D. és Unruh, W. G. “A Tacoma híd kudarca: fizikai modell”, American Journal of Physics 74 (2006): 706.,

Pasternak, Alex. “A Legfurcsább, Leglátványosabb Hídösszeomlás (És Hogyan Tévedtünk)” – Írta 2015 Decemberében.