Ново проучване хвърля повече светлина върху причината за това Мостът на хилядолетието до колебание

„ЛондонскиятУвеличи / Лондонският мост на хилядолетието имаше проблеми с прекомерна стойност треперещ и люлеещ се при първото си отваряне през юни 2000 г. Алберто Pezzali / NurPhoto / Гети изображения

Когато лондонският мост „Милениум“ за първи път се отвори през юни 2000 г., The градът беше тревожен да открие, че движението на тълпи от пешеходците, които го пресичат, породиха значително треперене и клатене. Лондончани го кръстиха “Мостът на вълни”. Длъжностните лица го затвориха надолу след само два дни и мостът остана затворен за следващите две години, докато могат да бъдат направени подходящи изменения спрете люлеенето.

Това не е напълно непознато явление: има знакови запознанства обратно към 1873 г. на лондонския Алберт Бридж предупреждава военните войски до прекъсват обичайното си движение за заключване при преминаване. Виновникът беше а не дизайна на Millennium Bridge По-скоро се дължи на странно синхрон между страничния (страничен) мост на моста и походки на пешеходци.

Нова книга в Biology Letters хвърля допълнителна светлина върху това симулиращ биомеханиката на големи тълпи от хора, ходещи на а мост. Въпреки че има много различни подходи към изучаването тази завладяваща динамика през годините – включително и в лаборатория пътека за отдих на хора, минаващи по моста на хилядолетието Инженерът от университета в Кеймбридж Алън МакРоби – това е значително подобрен модел за това как хората коригират походката си когато се разхождате по вълниста повърхност, според съавтор Варун Джоши от държавния университет в Охайо. Предполага се, че човек може да не го направи дори се нуждаете от синхронизация, за да предизвика треперенето.

Синхронизирано люлеене

Оказва се, че хората вървят по мост, който започва да shift инстинктивно ще коригира хода си, за да съответства на моста люлеещо се движение, докато се клатучи настрани. Това ще бъде познато всеки, който се е опитал да ходи на бързо движещ се влак и трябваше да Намерете стабилна стъпка, докато влакът се колебаеше от една на друга страна. Но на мост, това изостря проблема, поражда допълнително малки странични трептения, които усилват люлеенето.

Резултатът е контур за положителна обратна връзка (техническият термин е “синхронно странично възбуждане”). Получете достатъчно голяма тълпа съпоставяне на крачката им с движението на моста и люлеещото се може стават опасно тежки, както се случи с моста на хилядолетието. Приблизително 90 000 души преминаха моста в деня на откриването, с около 2000 души на него по всяко време.

„Бъркането и синхроничността са неразделни. Те се появяват заедно, след като тълпата достигне критичен размер. ”

Това е пример за ново колективно явление. Всъщност, Математикът от университета в Корнел Стивън Строгац е съавтор на 2005 г. Naturepaper с McRobie и двама други, които моделираха динамиката на моста на хилядолетието като слабо амортизиран и задвижван хармоничен осцилатор. Според Строгац мостът е бил задвижван да се люлее настрани от пешеходците, докато минават през него. „Периодичните им крака изпомпваха енергия в моста и предизвикваха то да се движи от страна на страна, което от своя страна кара хората коригират походките си, за да се съобразят с движението на моста, “той казва.

С течение на времето пешеходците по невнимание изпаднаха в синхрон с взаимно и по този начин предизвика моста да се поклаща още повече жестоко. Спонтанният синхрон на тълпата беше подобен на какво се случва със силно синхронизираното мигане на светулки или изстрел на неврони в мозъка. „Въртянето и синхронизирането са неразделни са “, пише Strogatz et al.” Те излизат заедно, като двойници аспект на единен механизъм за нестабилност, след като е пренаселен достига критичен размер. ”

Що се отнася до тази последна книга, „Авторите използват много по-реалистично и биомеханично вдъхновен модел на човешко ходене от моя колегите и аз успяхме да ги съберем още през 2005 г. “, казва Строгац. „По онова време се знаеше много малко за това как хората коригират своите походка при ходене по повърхност, която се движи под краката им, като Мостът на хилядолетието направи, когато се залюля от една страна на друга ден на отваряне. ”

В симулация от 2015 г. Джоши и неговият съавтор Маной Шринивасан – и двамата имат опит в изучаването на човека локомоция – установено, че хората вървят в синхрон с a мостът, наклонен настрани, намалява разходите за метаболитна енергия на движение. Така че това беше естествена реакция, според хората започват да синхронизират походките си с движението на моста. Въпреки това, този модел не е взел предвид енергийните разходи за стабилизиране на тези походка.

Последното им изследване разглежда различен биомеханичен принцип. Човешките същества са така наречените “стабилни” проходилки. Искаме да ходим без да пада, и ще прави корекции въз основа на обратната връзка, която ние получаваме от нашата среда. Тъй като „хората са тежки предмети, често моделирана като обърнато махало, “пишат авторите, имаме нужда тази обратна връзка, за да ни стабилизира; в противен случай щяхме да загубим равновесие доста бързо. Така че те включиха тази обратна връзка в своите симулации.

„Мостът може да започне да се колебае дори при по-ниски числа на пешеходци. Тълпата не се синхронизира, все пак мостът спонтанно започва да се движи “.

Подобреният модел правилно прогнозира някои явления, които Моделът от 2005 г. не можеше да отчита, подобно на колебанията на мостове дори при липса на тази синхрон на тълпата. Също така, началото синхрон на тълпата и появата на колебание на мостове не са едновременно. Те се срещат при различен брой пешеходци.

„При нашия модел винаги се случваше синхрон на тълпата и колебание на мостове ръка за ръка; в техния модел те могат да се появят заедно, но не трябва, “казва Строгац.” Това става само когато има достатъчно брой хора на моста, които тълпата се синхронизира. Мостът може да започне да се колебае дори при по-нисък брой от пешеходци, в този случай тълпата не се синхронизира, все пак мост спонтанно започва да се движи. ”

Що се отнася до цената на метаболитната енергия, след като виртуалният мост започна за да се разтърсят, симулираните проходилки разшириха стъпалата си – много по-малко енергоефективна походка. Но авторите твърдят, че това може би приключи времето хората биха измислили как да минимизират енергията разходи.

След това се надяват да включат динамиката на тълпата в своите симулации. „Имаме всички тези индивидуални двуноги да ходят на а мост, но те могат да си взаимодействат един с друг само чрез мост “, казва Джоши за сегашния модел. В действителност хората се опитват да го направят избягвайте да се сблъсквате с други хора или внезапно променете посоките за пример. В крайна сметка той се надява да научи повече за биомеханиката за това как можем да се адаптираме толкова бързо към необичайни ситуации, като движеща се повърхност.

Инженерите отстраниха проблемите на люлеещия се мост Милениум модернизиране на конструкцията с 37 амортисьора, разсейващи енергията към контролира хоризонталното движение и още 52 инерционни амортисьора към контролира вертикалното движение. Мостът не е имал значим проблем с колебанията, тъй като се отвори отново през февруари 2002 г. Но измислен версията е унищожена от мародерство на „Похитителите на смъртта“ във филма от 2009 г. Хари Потър и полукръвният принц.

Унищожение от Пожирателите на смъртта

Death Eaters се сближават с нищо неподозиращи пешеходци на лондонските Мостът на хилядолетието. Снимки на Warner Bros.

Структурните щети, нанесени от Пожирателите на смъртта, причиняват моста да започне да се люлее и усуква. Снимки на Warner Bros.

Колебанията на моста изграждат сила. Снимки на Warner Bros

Катастрофичен срив. WarnerBros. Снимки

Част от моста потъва в Темза. Warner Bros.Снимки

Тяхната работа тук е свършена: Пожирачите на смъртта правят своето бягство. WarnerBros. Pictures

Това е доста прилично измислено изобразяване на различен мост динамичен, припомняйки скандалния срив на Такома Тесен мост (известен още като „Галопираща Герти“) през 1940 г. От години насам популярното обяснение на случилото се беше принудителен резонанс: силен вятър съответства на естествената резонансна честота на моста и получената положителна обратна връзка стана толкова силна, мостът се разпадна.

Всъщност беше малко по-сложно от това. Явление наречено „вихрово проливане“ поставя моста да извива (или галоп). Тези колебания щракнаха един от кабелите на окачването, така че мостът беше скосен и започна да се усуква по средната си ос по протежение с галопиращото движение. Технически е известно като аеродинамично предизвикано самовъзбуждане или „трептене“ —а самоподдържащ се вибрационен цикъл за обратна връзка. Всеки обрат на мост усилва ефекта на вятъра, вместо да го заглушава, докато енергията на вдигнатата кожа стана толкова силна в цялата структура срина.

Конкретните обстоятелства може да са различни, но по принцип това виждаме в сцената на Хари Потър. Смъртните изнемогват ключови структурни опори, причиняващи мостът да галопира и да се усуква, и получената верига за обратна връзка става толкова силна, че център част от моста се срива.

Пожирателите на смърт може да са измислени, но сложният реален свят динамика между мостовете и пешеходците, минаващи през тях не са. Ето защо толкова много учени продължават да са очаровани проблемът. Колкото по-добре разбираме тази динамика като цяло, толкова по-добри (и по-безопасни) бъдещи проекти на мостове ще бъдат.

DOI: Писма по биология, 2018. 10.1098 / rsbl.2018.0564 (За Дойс).

Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: