Resonanskatastrofe

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

I form af mekanik og konstruktion, resonans katastrofe beskriver ødelæggelsen af en bygning eller et teknisk anlæg på grund af overdrevne vibrationer amplituder i tilfælde af resonans . [1] Med en periodisk tilbagevendende excitation, hvis frekvens svarer til en resonansfrekvens, overføres mere og mere energi til systemet og lagres der ( konstruktiv interferens ). Vibrationsenergien fjernes delvist fra systemet ved dæmpningseffekter , der altid er til stede. Hvis energitilførslen overstiger effekttabet , øges svingningsamplituden, indtil belastningsgrænsen overskrides.

årsager

Excitationen af ​​resonansvibrationerne kan finde sted med en eksternt specificeret frekvens, som svarer til en resonansfrekvens for den vibrerende struktur [2] .

Beskyttelsesforanstaltninger

For at beskytte konstruktionen er der installeret vibrationsdæmpere , som i høj grad reducerer vibrationsamplituderne i resonansfrekvensens område og dermed spreder energiindgangen (f.eks. I den højeste struktur i 2005, Taipei 101 , en massiv pendulabsorberer over flere gulve). Desuden er konstruktionen designet til en naturlig frekvens, der typisk ikke forekommer under drift. I områder med jordskælv er de lokale vibrationsfrekvenser af jordskælv typiske.

For at undgå skader på kirke- eller klokketårne, hvis naturlige resonans ophidses af vibrerende klokker, er det teknisk muligt at installere masser, der vibrerer i den modsatte retning af klokken. [3] I nyere klokkeprojekter bestemmes tårnets naturlige resonans normalt med en ubalancemaskine, før klokkerne installeres. [4]

luftledninger kan resonanseffekter ødelægge isolatorerne og føre til elektriske kortslutninger . Som et middel bruges Stockbridge vibrationsdæmpere på lederne.

Eksempler

Følgende tilfælde er kendte eksempler på overdrevne resonansvibrationer, der har resulteret i ødelæggelse:

  • Den 12. eller 14. april 1831 marcherede 74 britiske soldater over Broughton Suspension Bridge . Broen faldt sammen; 40 soldater faldt i Irwell , 20 af dem blev såret og seks alvorligt. Nogle tilskriver dette resonanseffekten. [5] Ifølge en anden kilde var det sandsynligvis kun overbelastningen forårsaget af soldaternes vægt, der forårsagede sammenbruddet. [6] For at forhindre den potentielle fare er det ofte forbudt og i Tyskland i henhold til § 27 (6) StVO at marchere i låsetrin over en bro.
  • Den 7. november 1940 styrtede dele af den første Tacoma Narrows Bridge ned i Puget Sound . På grund af den utilstrækkelige stivhed dæk bærebjælke , broen var underlagt intensivere torsionsvibrationer fra sidevind, der forårsagede suspension reb til pause.
    Film af sammenbruddet af Tacoma-Narrows Bridge
  • Når et glas udsættes for lyd ved sin naturlige frekvens , kan den naturlige svingning ophidses så stærkt, at det går i stykker. Dette er f.eks. Muligt med en tonegenerator. Den menneskelige stemme er generelt uegnet til at bryde et glas, da hverken det nødvendige lydtryk eller renheden af ​​frekvensen kan opnås. [7] I et afsnit af Mythbusters bringer sangeren Jaime Vendera et vinglas til en resonanskatastrofe med kun hjælp fra sin stemme. [8.]

Individuelle beviser

  1. ^ Ulrich Menschen: Fysik og dens anvendelser inden for teknologi og miljø , 2. udgave Hanser Verlag (2004), s. 100
  2. Johannes Rybach, Physik für Bachelors, Hanser Verlag (2009), s. 57
  3. ^ Klokker får kirketårnet til at svaje | Aftenshow | BR24. Hentet den 7. maj 2021 (tysk).
  4. ^ Vibrationsmålinger: Når klokkerne er årsag til skader på kirken. Hentet 7. maj 2021 .
  5. ^ The Philosophical magazine: or Annals of chemistry, mathematics ..., bind 9 Richard Phillips, Richard Taylor (s. 385)
  6. ZEIT -serien Er det sandt?: Broer kan falde sammen, når soldater marcherer over dem i lås af Christoph Drösser
  7. lehrer-online.de : Kan du synge glas?
  8. Meyer Sound hjælper Mythbusters med at opnå smadderende succes. I: Meyer Sound. Arkiveret fra originalen den 22. februar 2006 ; adgang til den 12. august 2019 .