去年晃动虎门大桥,今年晃动355米大厦,共振有多厉害
没有地震,没有狂风,一栋高达300米的大厦,竟突然晃动起来。想一想,就令人害怕。这样的事,就在5月18日真实上演了。
(图片说明:赛格大楼顶剧烈晃动的避雷针)
当天下午,没有任何征兆,高达355.8米、总计79层的深圳赛格大楼突然开始晃动起来,仿佛有什么巨大的力量在摇摆它。不论是楼里的人还是附近路过的人,都吓得四处逃窜,场面就像是灾难片一样。
(图片说明:四下逃窜的人们)
可是,根据地震局的数据,当天附近并没有发生地震。查阅当天的天气情况我们也会发现,当时的风力也并不大,远不足以晃动如此的大楼。那么,为何它竟然会晃动呢?
中科建工有限公司华南大区总工程师陆建新在接受采访的时候,提出了他的观点。他指出,根据目前的初步判断,导致大楼晃动的原因,应该就是共振。虽然他后面又说需要等权威部门的结果,但目前来看,这个可能性的确是非常大的。
那么,什么是共振呢?它为何有如此巨大的力量,能把这么一座大厦都晃起来呢?
说起共振,首先要说到一个物理概念,那就是波。我们的生活中,处处都有波的存在,比如我们听到的声音,叫做机械波,属于纵波的一种;眼中看到的光或者加热饭菜用的微波,叫做电磁波,属于横波。
不论是横波还是纵波,都有几个基本属性,那就是波长,频率和周期。波最强的部分叫波峰,最弱的地方叫波谷。如果有两种波恰巧频率相同,而且波峰都出现在相同的位置上,那么就达到了共振的状态。当两种波达到共振时,整个系统的振幅就会明显增加。说白了,就是威力会大大增强。
共振的威力有多大,相信很多人都听说过一个例子。在1906年的时候,有一只沙俄的军队过一座桥,这支军队纪律严格,过桥时也保持着齐步走的状态。结果,每一个人都同时落足,达到了共振状态,结果桥就塌了。从此以后,军队过桥时就改为随意行走了。
你可能觉得当时的桥还不够牢固,其实并非如此。就在去年,同样是5月份,同样是广东省,共振就曾经展示过它的威力了。
相信大家都还记得,去年5月5日,连接珠江两岸的虎门大桥突然发生抖动,抖动幅度肉眼可见,十分明显,随后该桥被封闭。
根据12名专家后来的讨论和分析,虎门大桥发生抖动的原因,是一种名叫涡振的现象。涡振又叫涡激振动、涡激共振,它不需要特别强烈的风,反而是在低速风的作用下才会产生。这也体现了共振的一个特点:不需要非常强大的能量,只要足够“精巧”,就能够产生意想不到的效果。
时隔一年,相似的事情发生在了深圳。
陆建新指出:在排除了地震等因素之后,导致大厦发生抖动的原因就很可能是共振了,这与去年虎门大桥的抖动原理有些类似。他还说:对于大厦来说,发生抖动是正常的,只不过平时抖动的幅度都非常小,人们察觉不到,也不会对楼体有所损害。
如今,在共振的作用下,大厦晃动出了惊人的幅度,让我们见识到了自然之力。看似不大的风,竟然“四两拨千斤”,去年晃动虎门大桥,今年晃动355米大厦,共振的威力果然令人不可小觑。
这样的共振现象不仅存在于地球的物体上,甚至宇宙中也可以看到。在太阳系最大的木星周围,它的三颗卫星——木卫一、木卫二和木卫三就形成了宇宙中独特的共振现象——轨道共振,三者绕木星的公转周期达到了几乎完美的1:2:4的共振状态。
不仅是卫星,更大的天体上也会出现这样的状态。海王星和冥王星,公转周期呈2:3的比例。距离太阳最近的水星,甚至自己和自己共振,自转周期和公转周期达到了2:3的状态。
另一方面,如果巧妙地利用共振的原理,还会得到一些实用甚至有趣的结果。
宋朝的时候,我国的科学家沈括就曾经在琴弦上夹一些剪纸小人。当他弹其中没有夹小人的琴弦时,其他琴弦上的小人都跟着一起跳起舞来,非常有趣。
明朝的时候,民族英雄戚继光还从古籍中学到一个“绝招”,挖一个坑,然后放两桶水,通过两桶水的振动幅度不同判断敌人的远近,以及敌军是否在挖地道。
不过,在生活中,我们仍然要在很多方面避免共振情况发生。在机械设备上如果出现共振,会损坏部件;当某种声波之类的振动恰好和人体器官的振动达成一致,那么就会导致头晕、耳鸣、甚至是心脏狂跳以及死亡;在雪山中,如果一声呐喊和某块积雪的频率相同,那就有可能导致雪崩。
而去年和今年这两次人造建筑的大幅抖动,也真实再现了共振有多么巨大的破坏力。
说起来,今年大楼的颤抖和去年大桥的摇晃,还是有一点区别的。虎门大桥本身结构可靠,并不会在涡振的情况下被破坏,所以很快就恢复通车了。而赛格大楼属于世界上最高的钢管混凝土结构大厦,在发生了这一次摇晃之后,专家们需要对它的状态进行检查和分析,才能判断后期的安全性。
人类和共振之间的博弈,远远没有结束。未来,物理学家们或许会找到更多有效的方法,来避免共振带来的危害。大自然,教会了我们很多,也教训了我们很多。