书城自然科学物理中的奥秘
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第9章 齐步走垮一座桥

不知道你是否见过或者听说过,有一队人从桥上走过时,把桥走垮了,造成桥塌人翻的事故。据说某城市的一座“豆腐渣工程”桥,就因为上桥的人太多而造成了千万了桥塌人翻的事故。当然,这样的桥,不能算是真正的桥,而是一种“豆腐渣”工程,这是人为因素造成的。但是,一座非常坚固的桥,因为一队人的齐步走,而造成桥的垮塌,在历史上还真有其事。1906年,沙皇俄国的彼得堡城,这天上午,有一支沙皇俄国的军队,他们排着整齐的队伍,肩扛长枪,同时迈着一致的步伐,“咚、咚、咚”地往前走。这支军队就这样迈着整齐的步伐,走上了彼得堡封塔河上的爱纪毕特桥,他们步伐一致地走动,引起了桥身的振动,这座十分坚固的桥在振动中,桥身突然断裂,造成了桥塌人翻落入河中的悲剧。

这座桥相当坚固,即使是当时过桥军队几倍的总重量也不致于把这座桥压垮。但是,就是这不起眼的共振,竟引起了桥毁人亡的悲剧发生。物理学专家说,当外力的振动节拍和物体本身的固有频率的节拍相同或相近时,物体就会产生强烈的振动,这种现象就叫做共振。沙皇的军队过桥时,队伍行进的步伐频率,正好与桥固有的频率一致,产生共振,导致大桥断裂。为了避免破坏性的共振发生,世界各国都有一条不成文的规定:大队人马过桥时,一定要便步行走,不允许齐步走。

1940年11月初,美国新建的一座跨度为850米的悬索桥,忽然发生倒塌,专家分析了许多倒塌的原因,但都不能说明问题。有目击者描述了那天大桥倒塌的经过,那天风特别的大,那大桥似乎被风吹得跳动,而且越跳越厉害,最后突然断裂。有关资料证明,那天的风速是19米/秒,断桥与大风引起的振动有关,就是那不被人重视的振动,引发了桥的倒塌。

共振像幽灵一样,给人类带来了无数灾难。有过登山运动经历的人,最怕雪崩,雪崩可是登山运动员和高海拔地区人们活动的大敌,登山运动员,有的人还目睹过雪崩的惨剧。因为雪崩是很容易引起的,不仅巨大的声响可引起雪崩,就是极小的震动,包括刮风、气温忽冷忽热,甚至云彩阴影的覆盖都能引起雪崩的发生,真给人一种一触即发的感觉,让人触目惊心。有一个登山者,初次登上一座雪山后,他兴奋地站在山顶上,对着对面的山峰大声叫喊,他的喊声引起雪的共振,无情的雪崩立即应声而到,伴着死神倒塌下来,造成一场雪崩。除了雪崩,地震对人类的危害也是非常大的,其主要原因是因为地震发生时,会引起各种建筑物的共振,如果建筑物固有的频率与地震波的频率合拍,就会引起巨大的破坏,这也是共振所引起的。

共振像一个顽皮的孩子,什么地方都想玩一下,越是危险的地方它玩得越欢,这似乎在给我们的建筑师出难题,从古至今,有多少建筑师因解不出这道难题而使他们的作品遭到破坏。我国古代建筑师,他们似乎掌握了共振的脾气,一些典型的建筑为防震作出了卓越的贡献。古代工匠李春建造的赵州桥,因历史悠久坚固耐用而闻名于世,它建于隋朝大业年间,距今有1300多年,经历了无数次地震,但它却安然无恙。特别是1966年3月发生在邢台的地震,震中距赵州桥仅40千米左右,许多房屋都相继倒塌,但赵州桥却丝毫无损,这在世界上也是一个奇迹了。1976年,唐山大地震时,位于震中有一座三层办公楼,这座办公楼在设计施工中因为严格执行了抗震标准,所以在经历了11度的地震时,它居然没有倒塌,这是我国现代建筑师创造的奇迹。