书城科普读物物理多大点事
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第54章 齐步过桥的悲剧

整齐的队列,雄健的步伐,常常是军队高度组织性、纪律性的象征。然而,在世界战争史册上却记载着不少部队齐步过桥的悲剧。

19世纪初,法国拿破仑率军入侵西班牙,有一支部队从一条铁链悬桥上通过时,随着指挥官的洪亮口令,士兵们迈着整齐的步伐行进在桥面上,悬桥亦越来越剧烈地上下振动起来。当队列前面的士兵即将到达对岸的时刻,悬桥突然断了,桥上的官兵纷纷落水,死伤惨重。

1831年,一支骑兵部队以整齐矫健的步伐通过英国曼彻斯特附近的一座吊桥,结果吊桥断塌,人马坠河。

这到底是怎么回事呢?从物理学的角度来看,齐步过桥悲剧的发生是由于共振的缘故。

因为每一物体系统都有其固有振动频率,其大小取决于物体本身的材料、形状等因素。振动物体系统在周期性外力(强迫力)的持续作用下,将发生受迫振动。如果强迫力的频率与振动物体系统的固有频率接近,振幅将会达到极大值,这种现象称为共振。

队伍在桥上齐步前进时,相当于对桥面加上了一个周期性的强迫力,如果它的频率正好等于或接近桥的固有频率,桥身就会发生共振,振幅越来越大,超过一定的限度,就会使桥断裂。

因此,从物理学的角度来看,部队最好以便步的形式通过浮桥和其他桥梁。坦克、装甲车、汽车等摩托化部队过桥时,也要防止引起桥身的共振。

在现代铁路运输中也要考虑共振的影响。因为火车车轮撞击轨道要发生有节奏的强烈振动,如果这个振动频率与车轮弹簧的固有频率相接近时,乘客就要大受“颠簸之苦”了;如果这个频率和所经过的桥梁固有频率相接近,同样会造成桥断车覆的后果。

共振有破坏作用,但只要掌握了它的规律也能让它为人们服务。在建筑工地上,人们常能见到振动式捣固机,有了它,混凝土制件就能更牢实。振动式压路机能迅速地把路面压平。在矿山里,利用快速振动的风镐开凿岩石、采挖煤炭,其他如振动式粉碎机、电振刨、振动落沙机等无不是利用共振现象来制造的。

科学小链接

制造机器要考虑共振

1890年,一艘外国远洋巨轮,在大海中船体折断而惨遭覆灭。经分析,船的发动机主轴中心没有对准,在运转中产生了周期性的惯性离心力,它的周期恰与船体的固有频率相接近,产生了强烈振动以致使船体破坏。在现代航天、航空、航海相机器制造中,都必须考虑到共振的破坏作用。