Резонансная катастрофа

С точки зрения механики и строительства, катастрофа резонанса описывает разрушение здания или технического объекта из-за чрезмерной амплитуды вибрации в случае резонанса . При периодически повторяющемся возбуждении, частота которого соответствует резонансной частоте, все больше и больше энергии передается системе и сохраняется в ней ( конструктивная интерференция ). Энергия вибрации частично удаляется из системы за счет всегда присутствующих демпфирующих эффектов . Если подводимая энергия превышает потери мощности , амплитуда колебаний увеличивается до тех пор, пока не будет превышен предел нагрузки.

причины

Возбуждение резонансных колебаний может происходить с заданной извне частотой, которая соответствует резонансной частоте колеблющейся конструкции.

Защитные меры

Для защиты конструкции установлены амортизаторы, которые значительно уменьшают амплитуды колебаний в области резонансной частоты и, таким образом, рассеивают подводимую энергию (например, в самой высокой конструкции 2005 года, Taipei 101 , массивном маятниковом амортизаторе на нескольких этажах. ). Кроме того, конструкция рассчитана на собственную частоту, которая обычно не возникает во время работы. В районах землетрясений характерны местные частоты колебаний подземных толчков.

Во избежание повреждения церкви или колокольни, естественный резонанс которых вызывается вибрирующими колоколами, технически возможно установить гири, колеблющиеся в направлении, противоположном колоколу. В более новых проектах колокола естественный резонанс башни обычно определяется с помощью машины для разбалансировки перед установкой колоколов.

На воздушных линиях резонансные эффекты могут разрушить изоляторы и привести к короткому замыканию . В качестве средства защиты на проводниках используются гасители вибрации Stockbridge .

Примеры

Следующие случаи являются известными примерами чрезмерных резонансных колебаний, приведших к разрушению:

  • 12 или 14 апреля 1831 года 74 британских солдата прошли маршем по Бротонскому подвесному мосту . Мост рухнул; 40 солдат упали в Ирвелле , 20 из них были ранены, а шесть - серьезно. Некоторые связывают это с эффектом резонанса. Согласно другому источнику, причиной обрушения, вероятно, была только перегрузка, вызванная весом солдат. Для того чтобы предотвратить потенциальную опасность, часто запрещено и в Германии в соответствии с § 27 (6) StVO идти в ногу по мосту.
  • 7 ноября 1940 года части первого моста Tacoma Narrows Bridge врезались в Пьюджет-Саунд . Из-за недостаточной жесткости балки настила мост подвергался усилению крутильных колебаний от бокового ветра , что приводило к разрыву подвесных канатов.
    Фильм о разрушении моста Такома-Нарроус
  • Когда стекло подвергается воздействию собственной частоты , собственные колебания могут возбуждаться настолько сильно, что оно разбивается. Это возможно, например, с помощью тонального генератора. Человеческий голос, как правило, не подходит для разбивания стекла, поскольку невозможно добиться ни требуемого звукового давления, ни чистоты частоты. В одном из эпизодов Mythbusters певец Хайме Вендера только своим голосом доводит бокал до резонансной катастрофы.

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Ульрих Меншен: Физика и ее приложения в технологии и окружающей среде , 2-е издание Hanser Verlag (2004), стр. 100
  2. ^ Йоханнес Rybach, Physik für Бакалавры, Hanser Verlag (2009), стр. 57
  3. ↑ Колокола раскачивают церковную башню | Вечернее шоу | BR24. Проверено 7 мая 2021 г. (на немецком языке).
  4. ↑ Измерения вибрации: Когда колокола являются причиной повреждения церкви. Проверено 7 мая 2021 года .
  5. ↑ Философский журнал: или Анналы химии, математики ..., Том 9 Ричард Филлипс, Ричард Тейлор (стр. 385)
  6. ↑ Серия ZEIT Это правда?: Мосты могут рушиться, когда солдаты маршируют по ним в один ряд с Кристофом Дрёссером
  7. ↑ lehrer-online.de : Ты умеешь разбирать стекло на куски?
  8. ↑ Звук Мейера помогает Разрушителям мифов добиться огромного успеха. В: Meyer Sound. Архивировано из оригинала на 22 февраля 2006 года ; Доступ к 12 августа 2019 года .