版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

由鋼筋水泥鑄就的大橋是十分堅固的，特別是那些集各種“黑科技”於(yu) 一身的跨海大橋，更是可以頂住強烈台風的吹襲。

比如我們(men) 的港珠澳大橋，其設計最高抗風就達到了16級，也就是說即便是16級的台風也奈何不了它。那麽(me) ，如果說有一座海峽大橋，被普通的風吹一吹就垮掉了，這會(hui) 是什麽(me) 原因呢？我們(men) 第一個(ge) 想到的就是這座橋存在著質量問題。但事實上就有著這樣一座橋，從(cong) 設計到建造都沒有任何問題，可它就是在建成四個(ge) 月後輕易地被風吹毀了，這座橋就是“塔科馬海峽大橋”，事實上這座橋從(cong) 建成伊始就一直在微風的吹拂下晃動，隻不過人們(men) 沒有想到這樣一座並沒有明顯質量問題的大橋，最終真的會(hui) 塌掉。

塔科馬海峽大橋到底為(wei) 什麽(me) 會(hui) 被風吹毀呢？這源於(yu) 一種流體(ti) 力學現象，該現象被稱之為(wei) “卡門渦街”。

什麽(me) 是卡門渦街呢？假設現在有一條平直的小河，河水平穩地向前流去，此時如果我們(men) 在這條河的中心插上一根圓木，會(hui) 發生什麽(me) 呢？我們(men) 通常會(hui) 給出這樣的答案：河水會(hui) 因圓木的阻礙而分叉，一部分從(cong) 圓木的左側(ce) 流過，一部分從(cong) 圓木的右側(ce) 流過，在分叉流過圓木之後，兩(liang) 股水流又會(hui) 重新匯聚在一起，繼續平穩地向前流淌。這是一種想當然的答案，但符合我們(men) 的常識與(yu) 邏輯，所以不光我們(men) 這樣認為(wei) ，馮(feng) ·卡門的導師路德維希·普朗特也是這樣認為(wei) 的。

普朗特為(wei) 了研究層流現象，而讓他的學生製作了一個(ge) 類似於(yu) 小河中間插圓木的裝置，但無論怎麽(me) 改進，都沒能呈現出想象中水流分叉再匯聚的情形。

普朗特認為(wei) 是實驗裝置的製作不夠完美，但馮(feng) ·卡門卻有著自己的看法。馮(feng) ·卡門通過觀察發現，水流在受到圓木的阻礙後，會(hui) 在流過圓木之後形成交錯推進的漩渦。簡單描繪一下就是，水流先是快速從(cong) 圓木左側(ce) 通過，並在通過後形成一個(ge) 下旋漩渦，然後水流又會(hui) 快速通過圓木右側(ce) ，將第一個(ge) 形成的漩渦推遠，進而形成一個(ge) 上旋漩渦，就這樣，水流交錯從(cong) 圓木兩(liang) 側(ce) 通過並形成漩渦，這些漩渦又會(hui) 被新形成的漩渦推遠，馮(feng) ·卡門將這種現象稱之為(wei) “卡門渦街”。

卡門渦街的出現會(hui) 導致另一個(ge) 現象的發生，那就是圓木的振動。

圓木為(wei) 什麽(me) 會(hui) 振動呢？這是由於(yu) “伯努利原理”。伯努利原理說明在流動的液體(ti) 或氣體(ti) 中，流體(ti) 的流動速度越快，則壓強越小，反之流動速度越慢，則壓強越大。當卡門渦街現象發生時，水流先快速從(cong) 圓木左側(ce) 流過，此時圓木左側(ce) 的流速快，所以壓強小，而右側(ce) 的流速慢，所以壓強大，於(yu) 是圓木會(hui) 被向左推，然後水流又快速通過圓木右側(ce) ，於(yu) 是右側(ce) 壓強小，而左側(ce) 壓強大，於(yu) 是圓木又會(hui) 被向右推，在這種左右力量的相互作用下，圓木就產(chan) 生了振動。

塔科馬大橋是一座十分壯觀的海峽大橋，其長度達到了1524米，但是橋麵寬度卻隻有11.9米，可以說整座橋是又細又長，這就為(wei) 其日後被風吹毀埋下了第一個(ge) 隱患。

懸索大橋一般都會(hui) 在橋梁兩(liang) 側(ce) 安裝桁架梁，這是一個(ge) 基本配置，而塔科馬海峽大橋也不例外，在它的原始設計中的確存在著一個(ge) 7.6米的桁架梁，但是由於(yu) 經費緊張，當時著名的懸索橋設計師莫伊塞夫就將其改為(wei) 了2.4米的鋼板。莫伊塞夫認為(wei) ，這樣改動不僅(jin) 能夠極大降低橋梁的建造成本，還能夠增加橋梁的剛性。毫無疑問，莫伊塞夫的看法是完全正確的，隻不過他忽略了桁架梁的特點就是“透風”，而鋼板不透風。

不久之後，大橋建成了，橋梁兩(liang) 側(ce) 的鋼板阻擋了氣流的通過，於(yu) 是卡門渦街現象出現了，大橋從(cong) 建成開始就一直在不停晃動。

橋梁雖然在晃，但人們(men) 並不覺得危險，反而還成了個(ge) 觀光勝地，直到4個(ge) 月之後，由於(yu) 橋梁晃了太長時間，所以一根鋼纜發生了斷裂，於(yu) 是橋梁由晃動轉為(wei) 扭動，最終塌掉了。大橋垮塌之後，對於(yu) 整個(ge) 塌橋事故進行了調查，結果發現從(cong) 設計到建造都沒有問題，於(yu) 是決(jue) 定按照原來的方案再重新建造一個(ge) ，此時馮(feng) ·卡門也注意到了這件事，並進行了計算，計算結果顯示塌橋是必然的，於(yu) 是急忙寫(xie) 信阻止了重蹈覆轍。

歡迎掃碼關(guan) 注深圳科普！

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物！