究竟是什么超自然现象,让坚固的桥梁脆的如纸一般瞬间倒塌

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视频介绍

拿破仑入侵西班牙时,一支法国小分队路过铁链悬桥,由于部队整齐的正步步伐频率恰巧等于或接近大桥的固有频率,大桥共振振幅过大而坠断,淹死了许多人。从此以后,军队过桥都采用便步走。 相信很多人第一次听说共振的威力是从这个故事开始的: 那我们都知道共振是这次灾难的罪魁祸首,但很多小伙伴还是没有弄明白,为什么共振会有这么大的破坏力呢?今天,就来聊一聊共振。 首先我们要知道,桥为什么会被破坏呢?其实关键在于形变。我们宏观世界中的所有物体在受力时都会产生形变,虽然有些材料非常的坚硬,形变小到几乎不可察觉,但只要实验仪器足够精密,还是可以观测到的。 形变会改变分子间的相对距离,而分子间的力是引力与斥力的合成,当距离太近时表现为强大的斥力,太远时又表现为极弱的引力,只有在一个很小的区间内才表现为我们通常所感知到的物体刚性。那么当物体受力时,分子间的距离会向b点移动,产生更大的力以平衡外力;而如果外力太大,即使分子间距离超过了b点也依然无法平衡的话,就会发生断裂。 好了,既然确定了形变是破坏的根源,我们就要知道的是,能量、力与形变之间的关系是怎样的;其实瞬间冲击与静态压力效果基本相同,也就是用1吨的铁球从30米处砸玻璃,和直接用242吨的重物压玻璃的效果是没什么区别的。 大桥的静态极限承重力远大于在上面行走的军队,那为什么还会倒塌呢?相信你也已经能猜到问题的所在了,因为大桥在某个时刻受到了超过静态极限的动态力,所以材料分子被撕裂,结构被破坏了。 如何创造出这么巨大的动态力呢?理论上只要撞击时间极小极小,就算是叹口气的能量也能产生几万吨的力,所以在一些特殊物理现象的加持下,就会出现以小博大的惊人现象。而这正是共振的拿手好戏,因为共振擅长储存能量,虽然每一点能量产生的瞬间冲击力都不足为虑,但积累到一定程度就会势不可挡。 物体在固有频率下振动时,持续不断地小形变让能量实现了分子势能、动能、分子势能的循环。如果不加干预,这些能量最终会变成原子摩擦的热能与声音中的能量消散掉;但如果配合着振动周期输入能量,每当其形变时就推一下,结果就是除了热能与声音的耗散,多余的能量都被保存下来了,变成了更大幅度的振动! 所以当军队步伐整齐地走上石桥时,因为纯粹地巧合,这座桥的固有频率与踏步频率很接近,导致每一次踏步的能量都会被保存一部分,变成更大辐度的形变,最终将一座本来能承受10倍桥上军队体重的坚固石桥摧毁。 小伙伴们也不用担心,现代桥梁的设计往往会将共振因素考虑进去,通常步频不会与桥体发生共振, 港珠澳大桥成功抵御16级台风山竹的侵袭,其中一个关键技术就是TMD减振系统。不要惊讶,就是TMD! TMD是调谐质量减振器tuned massdamper的英文缩写,也是港珠澳大桥抵御超强台风的核心装置,使用该技术,台风来的时候,共振会大大减小。 但共振也不止会造成危害哦,还有很多有利于人们的应用,在此小编就不一一展开了。视频的结尾,小伙伴们对共振有所了解了吗?

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