Разрушительный резонанс. Великая сила резонанса
Мы часто слышим слово резонанс: «общественный резонанс», «событие, вызвавшее резонанс», «резонансная частота». Вполне привычные и обыденные фразы. Но можете ли вы точно сказать, что такое резонанс?
Если ответ отскочил у вас от зубов, мы вами по-настоящему гордимся! Ну а если тема «резонанс в физике» вызывает вопросы, то советуем прочесть нашу статью, где мы подробно, понятно и кратко расскажем о таком явлении как резонанс.
Прежде, чем говорить о резонансе, нужно разобраться с тем, что такое колебания и их частота.
Колебания и частота
Колебания – процесс изменения состояний системы, повторяющийся во времени и происходящий вокруг точки равновесия.
Простейший пример колебаний - катание на качелях. Мы приводим его не зря, этот пример еще пригодится нам для понимания сути явления резонанса в дальнейшем.
Резонанс может наступить только там, где есть колебания. И не важно, какие это колебания – колебания электрического напряжения, звуковые колебания, или просто механические колебания.
На рисунке ниже опишем, какими могут быть колебания.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Колебания характеризуются амплитудой и частотой. Для уже упомянутых выше качелей амплитуда колебаний - это максимальная высота, на которую взлетают качели. Также мы можем раскачивать качели медленно или быстро. В зависимости от этого будет меняться частота колебаний.
Частота колебаний (измеряется в Герцах) - это количество колебаний в единицу времени. 1 Герц - это одно колебание за одну секунду.
Когда мы раскачиваем качели, периодически раскачивая систему с определенной силой (в данном случае качели – это колебательная система), она совершает вынужденные колебания. Увеличения амплитуды колебаний можно добиться, если воздействовать на эту систему определенным образом.
Толкая качели в определенный момент и с определенной периодичностью можно довольно сильно раскачать их, прилагая совсем немного усилий.Это и будет резонанс: частота наших воздействий совпадает с частотой колебаний качелей и амплитуда колебаний увеличивается.
Суть явления резонанса
Резонанс в физике – это частотно-избирательный отклик колебательной системы на периодическое внешнее воздействие, который проявляется в резком увеличении амплитуды стационарных колебаний при совпадении частоты внешнего воздействия с определёнными значениями, характерными для данной системы.
Известны случаи, когда мост, по которому маршировали солдаты, входил в резонанс от строевого шага, раскачивался и разрушался. Кстати, именно поэтому сейчас при переходе через мост солдатам положено идти вольным шагом, а не в ногу.Суть явления резонанса в физике состоит в том, что амплитуда колебаний резко возрастает при совпадении частоты воздействия на систему с собственной частотой системы.
Примеры резонанса
Явление резонанса наблюдается в самых разных физических процессах. Например, звуковой резонанс. Возьмём гитару. Само по себе звучание струн гитары будет тихим и почти неслышным. Однако струны неспроста устанавливают над корпусом – резонатором. Попав внутрь корпуса, звук от колебаний струны усиливается, а тот, кто держит гитару, может почувствовать, как она начинает слегка «трястись», вибрировать от ударов по струнам. Иными словами, резонировать.
Еще один пример наблюдения резонанса, с которым мы сталкиваемся - круги на воде. Если кинуть в воду два камня, попутные волны от них встретятся и увеличатся.
Действие микроволновки также основано на резонансе. В данном случае резонанс происходит в молекулах воды, которые поглощают излучение СВЧ (2,450 ГГц). Как следствие, молекулы входят в резонанс, колеблются сильнее, а температура пищи повышается.
Резонанс может быть как полезным, так и приносящим вред явлением. А прочтение статьи, как и помощь нашего студенческого сервиса в трудных учебных ситуациях, принесет вам только пользу. Если в ходе выполнения курсовой вам понадобится разобраться с физикой магнитного резонанса, можете смело обращаться в нашу компанию за быстрой и квалифицированной помощью.
Напоследок предлагаем посмотреть видео на тему «резонанс» и убедиться в том, что наука может быть увлекательной и интересной. Наш сервис поможет с любой работой: от реферата "Сеть интернет и киберпреступность" до курсовой по физике колебаний или эссе по литературе.
Прежде чем приступить к знакомству с явлениями резонанса, следует изучить физические термины, связанные с ним. Их не так много, поэтому запомнить и понять их смысл будет несложно. Итак, обо всем по порядку.
Что такое амплитуда и частота движения?
Представьте обычный двор, где на качелях сидит ребенок и машет ножками, чтобы раскачаться. В момент, когда ему удается раскачать качели и они достигают из одной стороны в другую, можно подсчитать амплитуду и частоту движения.
Амплитуда - это наибольшая длина отклонения от точки, где тело находилось в положении равновесия. Если брать наш пример качелей, то амплитудой можно считать наивысшую точку, до которой раскачался ребенок.
А частота - это количество колебаний или колебательных движений в единицу времени. Измеряется частота в Герцах (1 Гц = 1 колебание в секунду). Возвратимся к нашим качелям: если ребенок проходит за 1 секунду только половину всей длины качания, то его частота будет равна 0,5 Гц.
Как частота связана с явлением резонанса?
Мы уже выяснили, что частота характеризует число колебаний предмета в одну секунду. Представьте теперь, что слабо качающемуся ребенку взрослый человек помогает раскачаться, раз за разом подталкивая качели. При этом данные толчки также имеют свою частоту, которая будет усиливать либо уменьшать амплитуду качания системы "качели-ребенок".
Допустим, взрослый толкает качели в то время, когда они движутся навстречу к нему, в таком случае частота не будет увеличивать амлитуду движения То есть сторонняя сила (в данном случае толчки) не будет способствовать усиления колебания системы.
В случае если частота, с которой взрослый раскачивает ребенка, будет численно равна самой частоте колебания качелей, может возникнуть являение резонанса. Другими словами, пример резонанса - это совпадение частоты самой системы с частотой вынужденных колебаний. Логично представить, что частота и резонанс взаимосвязаны.
Где можно наблюдать пример резонанса?
Важно понимать, что примеры проявления резонанса встречаются практически во всех сферах физики, начиная от звуковых волн и заканчивая электричеством. Смысл резонанса заключается в том, что когда частота вынуждающей силы равна собственной частоте системы, то в этот момент достигает наивысшего значения.
Следующий пример резонанса даст понимание сути. Допустим, вы шагаете по тонкой доске, перекинутой через речку. Когда частота ваших шагов совпадет с частотой или периодом всей системы (доска-человек), то доска начинает сильно колебаться (гнуться вниз и вверх). Если вы продолжите двигаться такими же шагами, то резонанс вызовет сильную амплитуду колебания доски, которая выходит за пределы допустимого значения системы и это в конечном счете приведет к неминуемой поломке мостика.
Существуют также те сферы физики, где можно использовать такое явление, как полезный резонанс. Примеры могут удивить вас, ведь обычно мы используем его интуитивно, даже не догадываясь о научной стороне вопроса. Так, например, мы используем резонанс, когда пытаемся вытащить машину из ямы. Вспомните, ведь легче всего достичь результат только тогда, когда толкаешь машину в момент ее движения вперед. Этот пример резонанса усиливает амплитуду движения, тем самым помогая вытащить машину.
Примеры вредного резонанса
Сложно сказать, какой резонанс в нашей жизни встречается больше: хороший или же наносящий нам вред. Истории известно немалое количество ужасающих последствий явления резонанса. Вот самые известные события, на которых можно наблюдать пример резонанса.
- Во Франции, в городе Анжера, в 1750 году отряд солдат шел в ногу через цепной мост. Когда частота их шагов совпала с частотой моста, размахи колебаний (амплитуда) резко увеличились. Наступил резонанс, и цепи оборвались, а мост обрушился в реку.
- Бывали случаи, когда в деревнях дом был разрушен из-за проезжающего по главной дороге грузового автомобиля.
Как видите, резонанс может иметь весьма опасные последствия, вот почему инженерам следует тщательно изучать свойства строительных объектов и правильно вычислять их частоты колебаний.
Полезный резонанс
Резонанс не ограничивается только плачевными последствиями. При внимательном изучении окружающего мира можно наблюдать множество хороших и выгодных для человека результатов резонанса. Вот один яркий пример резонанса, позвляющий получать людям эстетическое удовольствие.
Устройсто многих музыкальных инструментов работает по принципу резонанса. Возьмем скрипку: корпус и струна образуют единую колебательную систему, внутри которой имеется штифт. Именно через него передаются частоты колебаний из верхней деки в нижнюю. Когда лютьер водит смычком по струне, то последняя, подобно стреле, побеждает своей трение канифольной поверхности и летит в обратную сторону (начинает движение в противоположную область). Возникает резонанс, который передается в корпус. А внутри его есть специальные отверстия - эфы, сквозь которые резонанс выводится наружу. Именно таким образом он контролируется во многих струнных инструментах (гитара, арфа, виолончель и др).
В школьном курсе физики говорится о том, что солдаты, проходя строем по мосту, должны перестать маршировать и идти обычным шагом. Для чего же такие предосторожности? Эта команда даётся солдатам, чтобы не разрушить мост. Дело в том, что если частота моста совпадёт с частотой строевого шага, то мост в результате возникшего резонанса может рухнуть. И такое порой случается...
САМЫЙ ОБЫЧНЫЙ РЕЗОНАНС
Итак, что же такое резонанс? В упрощённом виде резонанс - это гармоничная связь между разными колебаниями. Так, при вибрации машин и механизмов происходит самопроизвольное отвинчивание гаек. Или если две гитары настроены в унисон, то стоит ударить по струне одной гитары, как такая же струна другой гитары без какого-либо вмешательства тут же начнёт колебаться, издавая точно такой же звук. Для того, чтобы убедиться в феномене резонанса, проводили такой эксперимент. На определённом удалении друг от друга устанавливали два рояля и соединяли их металлической проволокой. Затем на одном из них исполняли то или иное музыкальное произведение. И второй рояль начинал повторять ту же самую мелодию, хотя к нему никто не прикасался.
Знаменитый Фёдор Шаляпин пел так, что в концертном зале вдребезги разлетались лампочки. Это происходило оттого, что частота колебаний его голоса совпадала с частотой колебания стеклянных лампочек. Резонанс не подчиняется ни законам пространства, ни времени. Он словно бы из какого-то другого мира, не подвластного земным законам. Резонанс происходит не оттого, что предметы находятся рядом друг с другом, потому что у них определенная гармоническая связь. Эти предметы могут разделять тысячи километров, но незримая связь между ними останется.
Более того, учёные и исследователи, работающие в этой отрасли физики, утверждают, что законам резонанса подчинено всё, что находится как во Вселенной, так и в её отдельных структурах, допустим на Земле. Вот пример действия резонанса во взаимоотношениях людей. Человек чаще всего общается с подобными себе людьми - интеллигенты с интеллигентами, пропойцы с пропойцами и т.п. По такому же принципу люди находят себе спутника жизни.
Принцип действия резонанса ещё в древности сформулировал, даже не ведая, какой закон он открывает, греческий мыслитель Гермес Трисмегист: "Подобное притягивает к себе подобное". В резонансе с вибрациями Земли находится только те сооружения, которые изготовлены из естественных, природных материалов, т.е. из дерева, камня и т.п. К ним, например, можно отнести, все пирамиды Земли. Поэтому при глобальных катаклизмах или смещении полюсов они могут устоять и сохраниться, в то время как все объекты из искусственного материала будут полностью разрушены.
У резонанса много и загадочных сторон. Так, если о параллельных мирах говорить как об объективной реальности, то присутствие представителей этих миров мы иногда ощущаем и даже чувствуем на себе. Одним из признаков параллельности миров является то, что параллельные линии не пересекаются, однако он порой не соблюдается, и их миры с нашим земным миром всё же пересекаются. По всей видимости, это происходит оттого, что на границе двух миров возникает некая резонансная вибрация и нарушает принцип параллельности.
РЕЗОНАНСЫ ТЕСЛЫ И ШУМАНА
Одним из первооткрывателей удивительных и ранее не изученных свойств резонанса был известный американский учёный и изобретатель Никола Тесла. Принцип резонанса и вибраций лежал буквально во всех открытиях и изобретениях Теслы. Нью-Йорк, 1898 год. Проводя очередной эксперимент, Никола Тесла включил прибор и стал наблюдать, как под воздействием ультразвука завибрировал водопровод, затем вибрация перекинулась на стены, потом завибрировало всё здание. Оно вибрировало всё сильнее и сильнее! Учёному стало ясно - ещё мгновение, и произойдёт непоправимое. На раздумывание времени не оставалось, и Тесла, схватив молоток, ударил им по своему детищу. Позже до Николы дошло, что он чуть не разрушил целый квартал. Он понял, что даже самое незначительное колебание, если ему не давать затухнуть, может вызвать самые страшные разрушения. Так был открыт избирательный резонанс!
После этого происшествия Тесла заявил журналистам: "Чтобы познать тайны Вселенной, надо мыслить категориями энергий, частот и вибраций. Применяя принцип резонанса, я за несколько недель могу вызвать в земной коре такие колебания, что она будет опадать и приподниматься на сотни футов, выбрасывая реки из русел...". Позже Тесла утверждал, что если запустить резонанс, соответствующий колебаниям земной коры, то он может в клочья разнести целую планету. В 1915 году Тесла сообщил, что его устройство способно вызывать разрушения на любом расстоянии. "Я уже построил беспроволочный передатчик, с помощью которого мы можем отправлять электрическую энергию в любых количествах на любые расстояния". Так что одной из версий Тунгусского взрыва смело можно назвать результат эксперимента Николы Тесла с его любимым резонатором. Но мог ли Тесла направить энергию в конкретное место? Доктор технических наук Дмитрий Стребков уверен, что это вполне реально - имея два радара, можно фиксировать любой объект на Земле.
Спустя полвека исследования продолжил немецкий физик Отто Шуман. В содружестве с врачом Гербертом Кёнигом он открыл так называемые стоячие электромагнитные волны, расположенные между ионосферой и поверхностью Земли. Кстати, в 2011 году волны Шумана были зафиксированы космическим спутником на высоте 850 км. Это пространство представляет собой Земля огромный сферический резонатор. Впоследствии эти волны получили название волн Шумана. Если эта волна, совершив виток вокруг земного шара, снова совпадёт со своей фазой и войдёт с ней в резонанс, то она просуществует очень долгое время. Герберт Кении же заявил о совпадении частоты этой волны с диапазоном альфа-волн человеческого мозга.
Таким образом, человек живёт как бы внутри такого резонатора, благодаря чему волны Шумана стабилизируют его биологические ритмы и нормализуют жизнедеятельность. Эти так необходимые для нас волны возбуждаются магнитными процессами на Солнце, разрядами молний. Отсутствие или слабая активность волн способны вызвать потерю ориентации, головокружение, головную боль. Особенно остро это ощущают пожилые и хронические больные.
Из-за ухудшения экологии Земли, что происходит сегодня, частота Шумана может изменяться в худшую сторону. И тогда физическое тело человека может потерять связь с частотными излучениями Земли, что чревато губительными последствиями. Но пока люди будут соблюдать общечеловеческие нравственно-моральные ценности, не будет оказывать отрицательного воздействия на заложенные в них программы, они будут находиться в резонансе с излучениями Земли, с волнами Шумана. При регулярном выполнении таких условий, на Земле может наступить упомянутый Нострадамусом Золотой век.
МАШИНА ХАЭРОНИМУСА
Довольно уникальный прибор изобрёл Галлен Хаэронимус, американский инженер по электронике. Состоит он из эндовибратора и металлической пластины. Аппарат Галлена Хаэронимуса получил 1948 году патент США за № 2482?773. Суть его изобретения в том, что "оператор" настраивает свой мозг на того или иного человека и, вызывая резонанс, проводит пальцами по специальной резиновой диафрагме.
Хаэронимус поочерёдно вставил фотографии астронавтов "Аполлона-11", отправляющихся на Луну, в специальное устройство своей "машины времени". Таким образом он мог контролировать состояние астронавтов на всём протяжении полета. Из отчёта: "...самое важное и пугающее то, что Луну окружает пояс, излучающий смертельные дозы радиации. Простирается он примерно на 65 миль от поверхности Луны и начинается в 15 футах от неё. Также отмечен рост онкологических показателей астронавтов и снижение их жизненной активности. Такое состояние длилось до тех пор, пока они не оказались на поверхности Луны".
"Я ИЗОБРЁЛ РЕЗОНАТОР МЫСЛЕЙ!"
Жорж де ла Варр, профессор физики из Оксфорда, ставя свои таинственные опыты, порой месяцами не покидал стен лаборатории. Наконец, настало время, когда он торжественно воскликнул: "Я изобрёл резонатор мыслей!" Возможности резонатора были не просто уникальны - они не были ограничены ни временем, ни пространством!
В своё время учёный пришёл к выводу, что практически все предметы распространяют вокруг себя электромагнитные излучения. Причём частоты части этого предмета идентичны частотам целого предмета. Это в первую очередь говорило о том, что связь между ними не исчезает, на каком бы расстоянии друг от друга они не находились. Точно так же фотография того или иного человека тесно связана с её оригиналом.
И де ла Варр нашёл способ получения фотографии предметов вместе с их излучением - с этой целью им была изобретена специальная фотокамера. Изучая полученные снимки, профессор обратил внимание, что при определенных условиях эти предметы содержат незначительные отличия от их фотографического изображения. "Снимки показывают состояние предметов во времени" - озарила его мысль, - а если применить ещё и резонатор, то фотографии окажутся вне времени!". Начались уникальные эксперименты. Во время одного из них де ла Варр заснял... день собственной свадьбы. Для этого он наполнил своей кровью и кровью жены две пробирки и, усевшись поудобнее, мысленно представил себе далёкий 1929 год - год их свадьбы и щёлкнул затвором...
На фотографии были запечатлены он сам и его жена - молодые и счастливые. И окрылённый успехом де ла Варр стал помещать в резонирующее поле капли крови тех, кто страдал серьезными болезнями. После фотографирования просматривал снимки пораженных органов. Сейчас это изобретение взято на вооружение медиками и носит название магнитно-резонансной томографии.
Вот что говорит по этому поводу сам изобретатель: "Кровь - это единственная действующая машина времени, и ей управляют мысли человека. Наши мысли - это электромагнитные излучения определенных частот, аналогичные частоты имеют и сердца людей, эмбрионы. Всё, что находится в потоке времени, отзывается на наши мысли". Надо сказать, его открытие внесло немалый вклад и в криминалистику. Фотографируя в поле резонатора кровь подозреваемого и его жертвы, можно получить детальные фотоснимки совершения преступления.
ВСЕЛЕНСКИЙ ЗАКОН КОСМИЧЕСКИХ РЕЗОНАНСОВ
Вселенная с её бесчисленными галактиками, звёздами и планетами - это единая электромагнитная среда, и одним из её законов является Закон простых и сложных резонансов. Зачастую главная причина земных катаклизмов и катастроф кроется в резонансе двух и более космических циклов. Принято считать, что эти циклы находятся в остром резонансе, если во времени они смещены не более чем на 3 часа. В резонансные дни на Земле начинаются землетрясения, извержения вулканов, ураганы, эпидемии, а также внезапное и резкое изменение погоды. Кроме этого увеличивается число авиационных, железнодорожных, морских катастроф, нарушается работа компьютеров. Что же касается людей, то у них наблюдаются сбои работы головного мозга и психики.
10 апреля 2010 года на военном аэродроме Смоленской области потерпел крушение самолет с президентом Польши Качиньским и его супругой. Всего на борту Ту-134 находилось 96 человек - никто из них не выжил. Лех Качиньский собирался в этот день посетить под Смоленском Катынское кладбище.
Владимир Плескач, специалист по резонансу и биоритмам, уверен, что эта катастрофа - следствие мощного резонанса, который возник из-за особого соотношения биоритмов пассажиров авиалайнера и всех искренне скорбящих. Иными словами, на борту Президентского самолёта находились пассажиры, сердца и души которых были переполнены скорбью и болью по соотечественникам, погибшим весной 1940 года в Катыни. Но что произошло - то произошло! Владимир же прилагал все усилия, чтобы отстоять честь погибших вместе со всеми лётчиками, которые оказались крайними в этой трагедии. Здесь рухнувший самолёт можно сравнить с тем самым обрушившимся мостом.
Владимир ЛОТОХИН
НА ГЛАВНУЮ
Явление резонанса наблюдается в механических колебательных системах, которые подвергаются действию на них сторонних сил периодически. Эти силы передают колебательной системе некую энергию, которая переходит в энергию движения, т.е. система раскачивается и амплитуда колебаний возрастает и становится максимальной, когда внешняя сила действует на колебательную систему с такой же частотой, какая частота колебаний у самой системы – это и есть РЕЗОНАНС.
Висячие мосты обладают рядом неоспоримых достоинств по сравнению с конструкциями мостов других типов. Однако уже давно было замечено, что висячие мосты весьма ненадежны при сильном ветре. Одной из крупнейших в истории мостостроения катастроф стало обрушение моста через реку Такома (США) 7 ноября 1940 года. Строительство этого моста было закончено летом 1940 года. Пролет, третий в мире по длине, имел длину 854м. Большого движения не ожидалось и мост был построен очень узким - шириной 11,9м. Проезжая часть была рассчитана на 2 ряда автомобилей. Полотно дороги было подвешено на двух стальных канатах со стрелой провеса 70,7м.
Сразу после постройки была обнаружена большая чувствительность моста к действию ветра, амплитуды (размахи) колебаний моста достигали 1,5 м. Было сделано несколько попыток устранить эти большие колебания путем введения дополнительных связей и установки гидравлических демпферов (амортизаторов) на пилонах; так называются столбы, поддерживающие основные (несущие) тросы в висячих мостах. Но это не предотвратило катастрофы.
Начиная с 8 часов утра 7 ноября наблюдались не очень сильные вертикальные многоузловые (в форме нескольких волн) изгибные колебания с частотой 0,8 Гц. Примечательно, что ветер имел не очень большую скорость, около 17 м/с, тогда как до этого были случаи, когда мост выдерживал более сильный ветер. Около 10 часов утра скорость ветра несколько возросла (до 18,7 м/с), и установились одноузловые (в форме одной волны) изгибно-крутильные колебания со значительно меньшей частотой (0,2 Гц) и весьма большими амплитудами. Когда закрутка достигала максимума, проезжая часть наклонялась к горизонту под углом 45°. Резкое изменение частоты колебаний произошло, по-видимому, вследствие обрыва каких-то важных связей в конструкции. Мост выдерживал эти колебания около часа, после чего большой участок проезжей части полотна отломился и упал в воду. Весь процесс был заснят на кинопленку, что явилось ценным материалом для исследования причин обрушения.
Катастрофа привлекла огромное внимание исследований. Уже через две недели после свершившегося известный механик Т. фон Карман дал объяснение причин катастрофы и даже указал скорость ветра, при которой это может случиться. Разрушение произошло при скорости ветра порядка 18 - 19 м/с, а Т.фон Карман расчетом получил 22,2 м/с. Так что даже это можно назвать успехом механика.
Какие выводы отсюда сделали механики? Сейчас через реку Такома построен другой мост. Его ширина увеличена более чем в 1,5 раза и составляет 18 м, изменено так же сечение проезжей части. Кроме того, сплошные балки заменены сквозными фермами, что значительно уменьшает силу давления ветра. Современные висячие мосты - это легкие конструкции, подвешенные на стальных канатах, называемых вантами. Они выдерживают большие ветры и прочие нагрузки и нормально функционирует уже много лет. Известно, что таких катастроф, какая была с Такомским мостом, здесь произойти не может. Механики сумели понять, что может произойти и как это предотвратить.
Резонанс может произойти, когда большая масса, например, солдат строем, чеканя шаг, должна перейти по мосту, при этом, звучит команда - отставить марш, люди переходят мост, как обычные пешеходы... Станки с вращающимися частями устанавливают на массивные основания-фундаменты, чтобы при раскачивании станка (которое не избежать) не произошло явление резонанса у фундамента и он не разрушился.
Явление резонанса - основа радиотелефонной связи, телесвязи.
Вы думали, что дело в «резонансе»? Подумайте ещё.
«По крайней мере, шесть фонарных столбов были вырваны, пока я смотрел. Несколько минут спустя я увидел, что один из прогонов увело в сторону. Хотя мост и качался под углом в 45 градусов, я думал, что всё обойдётся. Но этого не произошло». – Берт Фаркарсон.
Обрушение моста Такома-Нэрроуз утром 7 ноября 1940 года - самый яркий пример захватывающего обрушения моста в наше время. Третий по величине висячий мост в мире, уступающий только мосту Джорджа Вашингтона и мосту Золотые Ворота, он соединял Такому с полуостровом Китсап в заливе Пьюджет и открылся общественности 1 июля 1940 года. Всего четыре месяца спустя, при определённых условиях ветра, мост вошёл в резонанс, что заставило его неудержимо колебаться. После часа колебаний из строя вышла его центральная часть, и весь мост был уничтожен. Это стало свидетельством существования эффекта резонанса и с тех пор использовалось в качестве классического примера в физике и на технических занятиях по всей стране. К сожалению, вся эта история – настоящий миф.
У каждой физической системы или объекта существует естественная, свойственная ему резонансная частота. У качелей, например, существует определённая частота, с помощью которой вы можете управлять ими; в детстве вы учитесь раскачивать себя одновременно с колебанием. Раскачиваясь слишком медленно или слишком быстро, вы никогда не создадите скорость, но если вы раскачиваетесь в правильном темпе, вы можете взлетать настолько высоко, насколько вам позволит ваша физическая подготовка. Резонансные частоты могут также иметь катастрофические последствия, если вы создадите слишком много вибрационной энергии в системе, которая не сможет её обработать, как например, определённые звуковые частоты способны заставить разбиться стакан.
Поэтому вполне логично предположить, что виновником разрушения моста стал именно резонанс. И это самая известная ловушка науки: когда вы находите объяснение, которое является простым, логичным и очевидным. Но в этом случае оно абсолютно неверно. Вы можете рассчитать резонансную частоту моста и понять, что не было никаких воздействий, способных привести к разрушению. Всё, что происходило в тот момент - продолжительный сильный ветер. На самом деле сам мост вообще не раскачивался в своей резонансной частоте!
Но то, что произошло на самом деле, было по-настоящему захватывающим и содержит уроки, которые мы не все учли – судя по мостам, созданных нами с тех пор.
Каждый раз, когда вы создаёте объект между двумя точками, он способен свободно перемещаться, вибрировать, колебаться и так далее. У него существует собственная реакция на внешние стимулы, точно так же, как струна гитары вибрирует в ответ на внешние раздражители. Именно это происходило с мостом большую часть времени: простые вибрации вверх и вниз от проезжающих по нему автомобилей, дуновения ветра и так далее. С ним происходило то, что происходило бы с любым висячим мостом, однако он подвергался более сильному воздействию из-за снижения расходов при проектировании его конструкции. Такие сооружения, как мосты, особенно хороши в потере этого вида энергии, поэтому самостоятельно они не могут создать угрозу разрушения.
Но ветер, дувший на мосту 7-го ноября, был более сильным и продолжительным, чем когда-либо прежде, он заставил сформироваться вихри. В малых количествах это не создало бы проблем, но посмотрите на эффекты этих вихрей в видео ниже.
Со временем они вызывают аэродинамическое явление, известное как «флаттер»: части конструкции под влиянием ветра начинают дополнительно раскачиваться. Это заставляет внешние части перемещаться перпендикулярно направлению ветра, что не совпадает по фазе с изменчивым движением моста. Явление флаттер, как известно, имело катастрофические последствия для самолётов, но никогда прежде не было замечено его влияния на мосты. По крайней мере, не до такой степени.
Когда начался эффект флаттер, один из стальных кабелей, поддерживающих мост, лопнул, перестав быть последним главным препятствием для этого явления. Это произошло, когда две стороны моста качались назад и вперёд в гармонии друг с другом, поэтому волнение усилилось. Продолжительный сильный ветер и созданные им вихри не могли уже остановить никакие силы, мост продолжал раскачиваться всё сильнее. Последние люди, оставшиеся на мосту, по большей части фотографы, были вынуждены бежать.
Но совсем не резонанс уничтожил мост, а скорее самопроизвольное раскачивание! Не имея возможности рассеять эту энергию, конструкция просто продолжала колебаться назад и вперёд, и этот процесс наносил ущерб подобно тому, который скручивание твёрдого объекта туда-сюда ослабляет его, в итоге приводя к поломке. Не резонанс виноват в разрушении моста, а простое отсутствие внимания ко всем эффектам, дешёвые строительные методы и нежелание просчитать все воздействующие силы.
Однако это не было полным провалом. Инженеры, которые исследовали разрушение, быстро начали понимать явление; в течение 10 лет новое ответвление науки: аэроупругость моста. Явление флаттер теперь изучено достаточно, и о нём нельзя забывать, чтобы добиться успеха. Два современных моста могла постичь та же участь, что и Такома-Нэрроуз – Мост Тысячелетия в Лондоне и Волгоградский мост в России тоже имели недостатки, связанные с эффектом флаттер, но они были исправлены в XXI веке.
Не вините резонанс в самом известном разрушении моста. Истинная причина более ужасна, и она может коснуться сотни мостов по всему миру, если мы забудем об эффекте флаттера, который может привести к разрушениям.
