このブログ記事では、タコマ・ナローズ橋の崩落の原因に関する誤解と真実、そして共鳴とフラッターの違いについて見ていきます。
科学に興味がある方なら、一度は「共鳴」という科学用語を耳にしたことがあるでしょう。共鳴とは、物体の固有振動数に近い振動数の外力を加えると、振幅やエネルギーが増加する現象です。共鳴は実生活でもラジオやテレビなどでよく見られる現象なので、科学の本や記事、授業などで目にする機会が多かった学生さんも多いかもしれません。しかし、共鳴は日常的な例だけではありません。ある出来事が誤報によって長い間歪曲されたケースもあり、その代表的な例が1940年のタコマナローズ橋崩落です。
質問です。記事や授業で、揺れて崩れ落ちる橋の映像を見たことがありますか？もし見たことがあるなら、風による共鳴で橋が崩れたと習った人がほとんどでしょう。かつてはこれが正式説として受け入れられ、多くの物理学の教科書や関連書籍でもそのように説明されていました。しかし、真実は違います。タコマナローズ橋は共鳴で崩れたのではありません。
タコマナローズ橋は、米国ワシントン州のタコマナローズに架かる全長850メートルの吊橋で、1年1940月53日に完成した。当時としては最高水準の設計・施工で、秒速19メートルの強風にも耐えられるよう設計されたという。しかし、XNUMXか月後のXNUMX月、朝から吹き続けた風速XNUMXメートルの風により橋が崩落した。当時、設計限界のXNUMX分のXNUMX以下の風速で橋が崩落したことに多くの人が衝撃を受け、原因は風と橋の固有振動数が一致して起こる共振現象ではないかと指摘されたが、これは科学的には誤った解釈であった。
事故当時、タコマナローズ橋では共鳴が起きていなかった。共鳴は、物体に一定の周波数の外力が継続的に加わったときに起きる。例えば、ブランコに乗っているときに加えた力に合わせて押すと、ブランコは高くなる。共鳴は、一定の周波数の外力が加わったときにのみ起きる。しかし、タコマナローズ橋崩落当日の風は一定の速度で吹いていたため、共鳴が起きる可能性はなかった。
タコマナローズ橋が崩落した原因は共鳴ではなく、空力的なフラッター現象でした。フラッターとは、空気の流れによって構造物に不安定な振動が発生する現象で、特に橋梁のような長い構造物では危険な現象となります。当時、タコマナローズ橋は長さが850メートルありましたが、XNUMX車線の道路の幅が狭く、構造的にも薄く、風で揺れやすい状態でした。崩落当日、タコマ海峡では橋が揺れるほどの風が吹き、橋は上向きに曲がり始めました。風の力、橋自体の張力、重力が組み合わさって、橋は左右に揺れ、振動が増大しました。最終的に、この振動の重みで橋は崩落しました。
タコマ ナローズ橋の崩落後、この事故は科学界と工学界に大きな変化をもたらしました。同様の事故を防ぐために空気力学の研究が行われ、橋の設計に関する新しい基準が確立されました。10 年後、タコマ ナローズ橋は改良された設計とトラス構造で再開通しました。トラス構造は、風が橋の構造を通過できるように設計されており、これにより、橋は風による振動に対してはるかに耐性が強くなりました。この事故は他の吊り橋の設計にも大きな影響を与え、その後開通した橋は、タコマ ナローズ橋の崩落を教訓として、より安全な設計になりました。
タコマナローズ橋の崩落は橋梁工学に影響を与えただけではありません。航空分野でもフラッターに関する研究が盛んに行われています。高速飛行機でフラッターが発生すると、空気の流れにより翼が激しく振動し、飛行機が重大な危険にさらされる可能性があります。これを防ぐために、飛行機の速度を制限し、フラッターを軽減するための構造研究が行われました。タコマナローズ橋の事故の後、多くの工学技術が発展し、現代の橋梁や航空機の設計に大きな影響を与えました。
1999 年までに、科学者たちは橋の崩落の原因を正確に特定し、タコマ ナローズ橋が共振によって崩落したという誤解を解消しました。しかし、多くの物理学の教科書や関連資料では、この事件を共振と関連させて説明しています。タコマ ナローズ橋の崩落は重要な歴史的事件ですが、崩落の原因はしばしば誤って伝えられています。タコマ ナローズ橋が共振によって崩落したと誤解している人がいたら、60 年間の誤った非難から解放して真実を伝えてみてはいかがでしょうか。
