철근 콘크리트로 주조한 대교는 매우 견고하다. 특히 각종' 흑과학 기술' 을 하나로 모은 해대교들은 강한 태풍의 습격을 견딜 수 있다. 예를 들어, 우리의 홍콩-주해-마카오 대교, 16, 즉, 심지어 16-클래스 태풍도 그것을 할 수 없는 최대 바람 저항을 설계 했습니다. 그렇다면, 만약 해협대교가 있는데, 보통 바람에 불면 망가진다면, 어떤 원인이 될 수 있을까? (윌리엄 셰익스피어, 해협교, 해협교, 해협교, 해협교, 해협교, 해협교)
타코마 해협 대교는 도대체 왜 바람에 의해 파괴될까?
우리가 처음 생각한 것은 이 다리에 품질 문제가 있다는 것이다. 하지만 실제로 이런 다리가 있어 디자인부터 건설까지 아무런 문제가 없지만, 건설된 지 4 개월 만에 바람에 쉽게 파괴되고, 이 다리는' 타코마 해협 대교' 였다. 사실 이 다리는 건설초기부터 미풍이 불어오는 바람에 흔들리고 있었다. 다만 사람들은 뚜렷한 품질 문제가 없는 그런 다리가 결국 무너질 줄은 생각지도 못했다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 품질명언)
이것은 일종의 유체역학 현상에서 유래한 것으로, 이 현상을' 카르멘 소용돌이 거리' 라고 부른다. 카르멘 와류 란 무엇입니까? 만약 지금 평탄한 작은 강이 있는데, 강물이 부드럽게 앞으로 흘러간다고 가정해 봅시다. 이때 우리가 이 강의 중심에 통나무를 꽂으면 어떻게 될까요? (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 강명언) 우리는 보통 강물이 통나무의 방해로 갈라지고, 일부는 통나무의 왼쪽에서 흐르고, 일부는 통나무의 오른쪽에서 흐르고, 갈래로 통나무를 흐르면 두 가닥의 물줄기가 다시 모여 부드럽게 앞으로 흐른다는 답을 준다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), Northern Exposure (미국 TV 드라마), 성공명언
이것은 당연한 답이지만, 우리의 상식과 논리에 부합하기 때문에, 폰 카르멘의 멘토인 루드비히 프랑트도 그렇게 생각합니다. 플랑트는 층류 현상을 연구하기 위해 학생들에게 개울 중간에 통나무를 꽂는 것과 비슷한 장치를 만들게 했지만, 아무리 개선해도 상상 속의 물줄기가 갈라져 다시 모이는 모습을 보여주지 못했다. 프랑트는 실험 장치의 제작이 완벽하지 않다고 생각했지만, 폰 카르멘은 자신의 견해를 가지고 있었습니다.
폰 카르멘은 관찰을 통해 물이 통나무에 의해 방해받은 후 통나무를 흐르면 엇갈리는 소용돌이가 형성된다는 것을 발견했다. 간단히 설명하자면, 물이 먼저 통나무의 왼쪽을 빠르게 통과하고 통과 후 하회전 소용돌이를 형성한 다음, 물이 통나무의 오른쪽을 빠르게 통과하여 첫 번째로 형성된 소용돌이를 멀리 밀어서 상회전 소용돌이를 형성한다는 것입니다. 이렇게 하면 물이 통나무의 양쪽에서 엇갈려 소용돌이를 형성하고, 이 소용돌이들은 새로 형성된 소용돌이에 의해 멀리 밀려나고, 폰 카르멘은 이런 현상을
통나무의 진동
카르멘 소용돌이 거리의 출현은 또 다른 현상, 즉 통나무의 진동으로 이어질 수 있다. 통나무는 왜 진동합니까? 이것은 "베르누이 원리" 때문입니다. 베르누이 원리는 흐르는 액체나 기체에서 유체의 흐름 속도가 빠를수록 압력이 작아지고, 반대로 흐름 속도가 느릴수록 압력이 커진다는 것을 보여준다. 카르멘 소용돌이 현상이 발생할 때, 물줄기가 먼저 통나무의 왼쪽에서 빠르게 흐르는데, 이때 통나무의 왼쪽은 유속이 빠르기 때문에 압력이 작고 오른쪽은 유속이 느리기 때문에 압력이 강하기 때문에 통나무가 왼쪽으로 밀려나고, 그 다음 물줄기가 통나무의 오른쪽을 빠르게 통과하기 때문에 오른쪽은 압력이 작고 왼쪽은 압력이 강하기 때문에 통나무는 다시 오른쪽으로 밀립니다. 이런 좌우 힘의 상호 작용 하에.
원래 디자인에 위험이 있음
타코마 대교는 길이가 1524 미터에 달하는 매우 장관인 해협대교이지만, 교량 상판 폭은 11.9 미터밖에 되지 않아 다리 전체가 가늘고 길다고 할 수 있는데, 이는 앞으로 바람이 불어 첫 번째 숨겨진 위험을 안겨 주었다고 할 수 있다.
현삭대교는 일반적으로 다리 양쪽에 트러스 보를 설치하는 것이 기본 구성이며 타코마 해협대교도 예외가 아니다. 원래 설계에는 7.6 미터 트러스 빔이 있었지만 경비가 빠듯했기 때문에 당시 유명한 현수교 디자이너인 모이세프는 그것을 2.4 미터 강판으로 바꿨다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), Northern Exposure (미국 TV 드라마), 예술명언) 모이세프는 이러한 변화가 교량 건설 비용을 크게 낮출 뿐만 아니라 교량의 강성도 크게 낮출 수 있다고 생각한다.
모이세프의 견해가 완전히 정확하다는 것은 의심의 여지가 없다. 다만 그는 트러스 보의 특징이' 통풍' 이고 강판은 바람이 통하지 않는다는 것을 간과했다.
얼마 지나지 않아 다리가 건설되고 다리 양쪽의 강판이 기류의 통과를 막았고, 카르멘 소용돌이 현상이 나타나고, 대교가 건설된 이래로 계속 흔들리고 있다. 다리는 흔들리고 있지만, 사람들은 위험을 느끼지 않고 오히려 관광지가 되었다. 4 개월 후 다리가 너무 오래 흔들려 케이블 하나가 부러져 다리가 흔들림에서 비틀어져 결국 무너졌다.
다리가 무너진 후, 다리 붕괴 사고 전체를 조사한 결과 설계부터 건설까지 문제가 없다는 것을 알게 되자, 원래의 방안에 따라 다시 짓기로 했다. 이때 폰 카르멘도 이 일을 알아차리고 계산을 했다. 계산 결과 다리가 무너지는 것이 필연적이라는 것을 보여 급히 편지를 써서 전철을 밟지 못하게 했다.