物理学中有哪些不可思议(违背直觉)的事实?


风吹倒了桥梁。

1940 年,由金门大桥的设计师之一的里昂(Leon Moisseiff)设计的华盛顿的塔科马海峡吊桥(Tacoma Narrows Bridge)通车后五个月内便倒塌。直接罪魁祸首是:风。

桥梁随风起舞——Tacoma Bridge https://www.zhihu.com/video/1027657149563924480

塔科马海峡吊桥正常通车(图来源自网络)
塔科马海峡吊桥随风起舞时刻(图来源自网络)
塔科马海峡吊桥坍塌时刻(图来源自网络)

在经空气动力学家西奥多·冯·卡门(Theodore von Karman)的模型测试后,证实吊桥倒塌事件的原因是——桥梁使用了较为轻量的材料,使风在经过桥梁时,形成的卡门涡街引发了桥梁的共振,导致坍塌。

什么是卡门涡街呢?

流体行进方向上有阻碍物时,在特定条件下会出现不稳定的边界层分离,阻流体下游的两侧,会产生两道非对称地排列的漩涡,其中一侧的漩涡顺时针方向转动,另一漩涡则反方向旋转,这两排漩涡相互交错排列,互相干扰,互相吸引,且干扰越来越大,形成非线性的所谓涡街。

卡门涡街的示意图(图来源自网络)

卡门涡街是流体力学中重要的现象,空气绕过高大的建筑物、电线杆、烟囱,急流绕过水中的石头时都会产生卡门涡街。

在卡门找到了塔科马海峡吊桥坍塌的原因后,建桥前都会先行进行桥梁模型风洞测试,避免风吹倒桥梁(或者高大的建筑物)。

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