Dezastru de rezonanță

În ceea ce privește mecanica și construcția, catastrofa de rezonanță descrie distrugerea unei clădiri sau a unei instalații tehnice prin amplitudini de vibrații excesive în caz de rezonanță . Cu o excitație periodic recurentă, a cărei frecvență corespunde unei frecvențe de rezonanță, din ce în ce mai multă energie este transferată sistemului și stocată acolo ( interferență constructivă ). Energia vibrației este eliminată parțial din sistem prin efecte de amortizare care sunt întotdeauna prezente . Dacă aportul de energie depășește pierderea de putere , amplitudinea oscilației crește până la depășirea limitei de sarcină.

cauzele

Excitația vibrațiilor de rezonanță poate avea loc cu o frecvență predeterminată extern care corespunde unei frecvențe de rezonanță a structurii vibrante.

Măsuri de protecție

Pentru a proteja construcția, sunt instalate amortizoare de vibrații care reduc foarte mult amplitudinile vibrațiilor în zona frecvenței de rezonanță și astfel disipă aportul de energie (de exemplu, în cea mai înaltă structură din 2005, Taipei 101 , un absorbant masiv de pendul pe mai multe etaje ). În plus, construcția este proiectată pentru o frecvență naturală care de obicei nu apare în timpul funcționării. În zonele cutremurelor, frecvențele locale de vibrații ale tremurului de pământ sunt tipice.

Pentru a evita deteriorarea bisericii sau a clopotnițelor, a căror rezonanță naturală este excitată de clopotele vibrante, este posibil din punct de vedere tehnic să se instaleze mase care vibrează în direcția opusă clopotului. În proiectele mai noi de clopote, rezonanța naturală a turnului este de obicei determinată cu un aparat de dezechilibru înainte ca clopotele să fie instalate.

Pe liniile aeriene , efectele de rezonanță pot distruge izolatorii și pot duce la scurtcircuite electrice . Ca remediu, amortizoarele de vibrații Stockbridge sunt utilizate pe conductori.

Exemple

Următoarele cazuri sunt exemple cunoscute de vibrații de rezonanță excesive care au dus la distrugere:

  • Pe 12 sau 14 aprilie 1831, 74 de soldați britanici au mărșăluit peste podul suspendat Broughton . Podul s-a prăbușit; 40 de soldați au căzut în Irwell , 20 dintre ei au fost răniți și șase grav. Unii atribuie acest lucru efectului de rezonanță. Potrivit unei alte surse, probabil că doar supraîncărcarea cauzată de greutatea soldaților a cauzat prăbușirea. Pentru a preveni pericolul potențial, este deseori interzis și în Germania, conform articolului 27 (6), StVO să meargă în pas peste un pod.
  • La 7 noiembrie 1940, părți ale primului pod Tacoma Narrows s -au prăbușit în Puget Sound . Datorită rigidității insuficiente a grinzii punții , podul a fost supus unor vibrații de torsiune intensificate de vânturile încrucișate , ceea ce a provocat ruperea cablurilor de suspendare .
    Film al prăbușirii podului Tacoma-Narrows
  • Atunci când un pahar este expus la frecvența sa naturală , oscilația naturală poate fi excitată atât de puternic încât se sparge. Acest lucru este posibil cu un generator de tonuri, de exemplu. Vocea umană nu este, în general, potrivită pentru spargerea unui pahar, deoarece nu se poate atinge nici presiunea sonoră necesară, nici puritatea frecvenței. Într-un episod din Mythbusters , cântărețul Jaime Vendera aduce un pahar de vin la o catastrofă de rezonanță numai cu ajutorul vocii sale.

Dovezi individuale

  1. ↑ Ulrich Menschen: Fizica și aplicațiile sale în tehnologie și mediu , ediția a II-a Hanser Verlag (2004), p. 100
  2. ^ Johannes Rybach, Physik für Bachelors, Hanser Verlag (2009), p. 57
  3. ↑ Clopotele fac clădirea turnului bisericii | Spectacol de seară | BR24. Adus la 7 mai 2021 (germană).
  4. ↑ Măsurători ale vibrațiilor: Când clopotele sunt cauza deteriorării bisericii. Adus pe 7 mai 2021 .
  5. ↑ Revista Philosophical: sau Analele chimiei, matematicii ..., Volumul 9 Richard Phillips, Richard Taylor (p. 385)
  6. ↑ Seria ZEIT Este adevărat?: Podurile se pot prăbuși atunci când soldații merg peste ei în picioare de Christoph Drösser
  7. ↑ lehrer-online.de : Poți cânta paharul în bucăți?
  8. ↑ Meyer Sound îi ajută pe Mythbusters să obțină un succes zdrobitor. În: Meyer Sound. Arhivat din original la 22 februarie 2006 ; accesat pe 12 august 2019 .