Физическое явление которое может разрушить мост. Резонанс — это физическое явление

Явление резонанса наблюдается в механических колебательных системах, которые подвергаются действию на них сторонних сил периодически. Эти силы передают колебательной системе некую энергию, которая переходит в энергию движения, т.е. система раскачивается и амплитуда колебаний возрастает и становится максимальной, когда внешняя сила действует на колебательную систему с такой же частотой, какая частота колебаний у самой системы – это и есть РЕЗОНАНС.

Висячие мосты обладают рядом неоспоримых достоинств по сравнению с конструкциями мостов других типов. Однако уже давно было замечено, что висячие мосты весьма ненадежны при сильном ветре. Одной из крупнейших в истории мостостроения катастроф стало обрушение моста через реку Такома (США) 7 ноября 1940 года. Строительство этого моста было закончено летом 1940 года. Пролет, третий в мире по длине, имел длину 854м. Большого движения не ожидалось и мост был построен очень узким - шириной 11,9м. Проезжая часть была рассчитана на 2 ряда автомобилей. Полотно дороги было подвешено на двух стальных канатах со стрелой провеса 70,7м.
Сразу после постройки была обнаружена большая чувствительность моста к действию ветра, амплитуды (размахи) колебаний моста достигали 1,5 м. Было сделано несколько попыток устранить эти большие колебания путем введения дополнительных связей и установки гидравлических демпферов (амортизаторов) на пилонах; так называются столбы, поддерживающие основные (несущие) тросы в висячих мостах. Но это не предотвратило катастрофы.
Начиная с 8 часов утра 7 ноября наблюдались не очень сильные вертикальные многоузловые (в форме нескольких волн) изгибные колебания с частотой 0,8 Гц. Примечательно, что ветер имел не очень большую скорость, около 17 м/с, тогда как до этого были случаи, когда мост выдерживал более сильный ветер. Около 10 часов утра скорость ветра несколько возросла (до 18,7 м/с), и установились одноузловые (в форме одной волны) изгибно-крутильные колебания со значительно меньшей частотой (0,2 Гц) и весьма большими амплитудами. Когда закрутка достигала максимума, проезжая часть наклонялась к горизонту под углом 45°. Резкое изменение частоты колебаний произошло, по-видимому, вследствие обрыва каких-то важных связей в конструкции. Мост выдерживал эти колебания около часа, после чего большой участок проезжей части полотна отломился и упал в воду. Весь процесс был заснят на кинопленку, что явилось ценным материалом для исследования причин обрушения.
Катастрофа привлекла огромное внимание исследований. Уже через две недели после свершившегося известный механик Т. фон Карман дал объяснение причин катастрофы и даже указал скорость ветра, при которой это может случиться. Разрушение произошло при скорости ветра порядка 18 - 19 м/с, а Т.фон Карман расчетом получил 22,2 м/с. Так что даже это можно назвать успехом механика.
Какие выводы отсюда сделали механики? Сейчас через реку Такома построен другой мост. Его ширина увеличена более чем в 1,5 раза и составляет 18 м, изменено так же сечение проезжей части. Кроме того, сплошные балки заменены сквозными фермами, что значительно уменьшает силу давления ветра. Современные висячие мосты - это легкие конструкции, подвешенные на стальных канатах, называемых вантами. Они выдерживают большие ветры и прочие нагрузки и нормально функционирует уже много лет. Известно, что таких катастроф, какая была с Такомским мостом, здесь произойти не может. Механики сумели понять, что может произойти и как это предотвратить.
Резонанс может произойти, когда большая масса, например, солдат строем, чеканя шаг, должна перейти по мосту, при этом, звучит команда - отставить марш, люди переходят мост, как обычные пешеходы... Станки с вращающимися частями устанавливают на массивные основания-фундаменты, чтобы при раскачивании станка (которое не избежать) не произошло явление резонанса у фундамента и он не разрушился.
Явление резонанса - основа радиотелефонной связи, телесвязи.

Повсеместно и ежедневно нам в нашей жизни сопутствуют колебательные системы.
Первое впечатление в жизни - это качели. На этом отнюдь не простейшем примере можно наблюдать и зависимость периода колебаний от веса того, кто качается, а также проблему синфазности движения качелей с внешней раскачивающей силой. Далее, идет знакомство с музыкальными инструментами, так или иначе использующими разного рода колебательные системы для получения музыкальных звуков. Ну, и в конце концов, вся, полностью обнимающая нас электроника, основным и непременным узлом которой является кварцевый резонатор - так сказать, рафинированная колебательная система.
И вместе с тем, так ли уж много мы понимаем в этом...
Самое четкое определение колебательной системы дал лорд Кельвин при открытии им электрического L-C колебательного контура в 1878-м году. Обнаружив, что при ударном воздействии на колебательный контур возникает синусоидальный (гармонический) затухающий процесс, Кельвин заявил, что это является доказательством того, что имеет место новая, неизвестная ранее колебательная система.
Таким образом, можем сформулировать, что колебательной системой является устройство, которое имеет механизм преобразования ударного воздействия в гармонический затухающий процесс.
Но вот интересно то, что это определение мы можем приложить не ко всем известным и применяемым колебательным системам. Это происходит потому, что для этих устройств, являющихся безусловно колебательными системами (по определению Кельвина), сам механизм преобразования удара в синусоиду далеко не всегда известен.
Что касается разного рода маятников, пружин и колебательных контуров, то механизмы их колебательности изучены и рассмотрены. Однако существуют колебательные системы, механизм которых неизвестен, несмотря на очень широкое их применение. Так, до недавних пор оставалось неизвестным, каким образом выполняют роль колебательной системы, скажем, кварцевые резонаторы.
Эффект кварцевого резонатора был обнаружен еще в 1917 году, но признать его непонятность почему-то постеснялись. В силу этой стеснительности была предложена модель кварцевого резонатора в виде его эквивалента некоторой совокупности нескольких виртуальных конденсаторов и катушек индуктивности. Такое вот как бы моделирование почему-то названо научным описанием кварцевых резонаторов, это все называется теорией, и такого рода научной и учебной литературы существует видимо-невидимо.
Понятно, что никаких - ни виртуальных, ни реальных конденсаторов в кварцевых резонаторах не присутствует, и вся эта наукообразная макулатура к этим резонаторам никак не относится. Дело в том, что на практике частота кварцевого резонатора f 0 определяется толщиной кварцевой пластины h , и при изготовлении ее пользуются следующей эмпирической формулой:

f 0 = k / h , где (1)

k - технологический коэффициент.
Так вот, во всей существующей литературе о кварцевых резонаторах мы не найдем ни упоминания этого эмпирического соотношения, ни вообще какой-либо информации о связи собственной частоты резонатора с размерами пластины.
Спустя 60 лет после открытия свойств кварцевых пластин, в 1977 году, было обнаружено, что резонаторами являются не только кварцевые пластины, но и объекты из подавляющего большинства твердых сред (металлы и сплавы, стекло, керамика, горные породы). При этом оказалось, что количество собственных частот этих резонаторов равно количеству их размеров. Так, сплошной шар, допустим, из стекла, имеет всего один размер - диаметр d , и, соответственно, одну собственную частоту f 0 , связь между которыми, как оказалось, определяется соотношением (1). Пластина, имеющая толщину h и размеры a и b , имеет три собственные частоты, каждая из которых связана с соответствующим размером соотношением (1).
Наличие резонансных свойств перечисленных выше объектов выявляется очень просто, и даже несколькими способами. В шахтных условиях, в случае слоистых пород, наиболее простой способ состоит в том, что к исследуемому объекту (к породам кровли) прижимают датчик поля упругих колебаний (сейсмоприемник), и наносят по поверхности кровли короткий удар. Реакция на удар будет выглядеть как затухающий гармонический сигнал. В лабораторных условиях этот метод является неприемлемым, поскольку получить требуемые параметры удара для небольших образцов очень непросто. В лаборатории оказалось проще использовать исследование образца с помощью ультразвуковых установок.
Как оказалось, резонансные свойства кварцевого резонатора не являются чем-то уникальным и зависящим от наличия пьезоэффекта. Наличие же пьезоэффекта лишь упрощает индикацию и использование этого свойства. Так, исследуя резонансные свойства пьезокерамического диска, его в процессе эксперимента можно нагреть до температуры, превышающей точку Кюри, при которой пьезоэффект исчезает, а резонансные свойства его никак не изменятся.
Однако если ученым, изучавшим кварцевые резонаторы, удалось уйти от поиска физики их резонансных свойств, то мне пришлось ею заняться вплотную. Дело в том, что, несмотря на фактически существующих резонансных проявлений, исходя из общих соображений, пластина из однородного материала не должна проявлять резонансные свойства. В такой пластине должен отсутствовать механизм преобразования ударного воздействия в гармонический сигнал.
Нельзя сказать, что эта точка зрения ошибочна, потому что есть материалы, объекты из которых не являются резонаторами. И действительно, в таком материале как плексиглас (оргстекло) и некоторых других, этот механизм отсутствует. Объекты из плексигласа резонаторами не являются. При ударном воздействии на пластину из оргстекла реакция имеет вид последовательности затухающих коротких импульсов. То есть, полностью соответствует положениям общепринятой акустики твердых сред.
Вместе с тем, как оказалось (в 1977 году), породные слои проявляют резонансные свойства, и с помощью соотношения (1) оказалось возможным без бурения (!) определять строение породной толщи. Ну понятно же, что использовать физический эффект при том, что не составляет труда доказать невозможность его существования, весьма затруднительно. Кроме того, использование этого эффекта в шахтах позволило создать методику прогнозирования обрушения пород кровли - явления, которое дает 50% травматизма шахтеров во всем Мире. А вот внедрять в практику методику, основанную на столь сомнительном физическом эффекте было совершенно невозможно.
На поиски отличия плексигласа от тех материалов, объекты из которых являются резонаторами, ушло 4 года. И где-то в 1981-м году было обнаружено, что различие это есть, и оно касается акустических свойств приграничных зон подавляющего большинства твердых сред.
Оказалось, что акустические свойства приповерхностных зон сред, объекты из которых проявляют свойства резонаторов, таковы, что скорость распространения фронта V fr при нормальном прозвучивании непостоянна, и уменьшается с приближением фронта к поверхности.
На рис.1 приведен случай нормального прозвучивания пластины-резонатора 1 толщиной h . Зависимость V fr (х) , а также минимальное и максимальное значения V fr и величины зон Δ h получены на основании измерений, выполненных на множестве пластин из одного и того же материала, но имеющих различные толщины. Среднее значение скорости V fr . mid - это то значение, которое получается при определении скорости по моменту первого вступления.
При подобных же исследованиях пластин из оргстекла скорость V fr . mid при изменении толщины пластины h остается постоянной, из чего можно сделать вывод о том, что в оргстекле (пластина-нерезонатор) зоны Δ h отсутствуют.
При излучении диском-излучателем 1 гармонического сигнала, на собственной частоте прозвучиваемой пластины-резонатора f 0 , то есть, на резонансе, э.д.с. на диске-приемнике 3 исчезает, но появляется на диске-приемнике 4 . Этот эффект называется акустическим резонансным поглощением (АРП) .

Рис. 1

Пьезокерамический диск-излучатель 2 , прозвучиваемая пластина 1 и пьезокерамические диски-приемники 3 и 4 находятся в жидкости (вода или масло).
Таким образом, на резонансе происходит переориентация первичного поля, излученного пьезопреобразователем 1 , в ортогональном направлении. Поворот поля в ортогональном направлении происходит при наличии приповерхностных зон Δ h .
Связь между наличием зон Δ h и поворотом поля в ортогональном направлении довольно проста. Дело в том, что скорость движения какого-либо объекта или скорость распространения какого-либо процесса не может изменяться без внешнего воздействия. Поэтому на самом деле, в зоне Δ h изменяется не скорость распространения фронта V fr , а ее x -составляющая, что возможно только при наличии возникновения y -составляющей. Иначе говоря, вектор остается постоянным по величине, но в зонах Δ h происходит поворот вектора V fr .
То есть, получается, что при ударном воздействии на слой-резонатор его поверхности становятся излучателями его собственной частоты f 0 , а при гармоническом излучателе слой-резонатор становится на резонансе звуконепрозрачным. Но в обоих случаях, при любом воздействии, вдоль слоя-резонатора распространяется поле упругих колебаний с частотой f 0 .
Акустическая изоляция слоя-резонатора на его собственной частоте от прилегающих к нему объектов использовалась весьма давно. Так, замечено, что если приложить ухо к земле, то конницу слышно на колоссальных расстояниях. На самом деле, это не конницу слышно, а собственные колебания породного слоя-резонатора, возбуждаемого конскими копытами. Весьма слабое затухание поля, распространяющегося вдоль слоя-резонатора, как раз и есть следствие акустической изоляции его от прилегающих к нему пород.
При ударном воздействии на породный массив при сейсморазведочных работах возникающее при этом поле упругих колебаний распространяется вдоль напластования пород. Это противоречит основам сейсморазведки, согласно которым поле, возникающее в результате удара, распространяется во все стороны.
Это очень серьезный момент для понимания принципа действия сейсморазведки. Получается, что сигналы, получаемые на сейсмограммах, приходят не снизу, не из глубины, а сбоку, поскольку распространяются исключительно ВДОЛЬ напластования.
При спектральном анализе сейсмосигналов оказалось, что соотношение (1) выполняется при величине коэффициента k в числителе, равном 2500м/с. При этом погрешность определения толщины породного слоя не превышает 10%.
Надо полагать, что процесс, сориентированный в направлении y при направленном излучении в направлении x , является поперечным. И, таким образом, можно утверждать, что собственный колебательный процесс формируется поперечными волнами, а коэффициент k есть не что иное, как скорость поперечных волн V sh .
Обнаружение, по сути, новых, неизвестных ранее колебательных систем требует перестройки мышления. Когда в свое время было обнаружено, что Земля - шар, то осознание этого, а также переход от геоцентрической к гелиоцентрической системе, потребовали перестройки сознания жителей Земли. Однако перестройка эта шла несколько столетий, поскольку особого изменения алгоритмов жизненных условий эта новая информация не потребовала. Сейчас ситуация несколько другая.
В связи с тем, что наша планета состоит в значительной степени из породных слоев, получается, что в целом она представляет собой совокупность колебательных систем. А это значит, что любое воздействие на поверхность Земли должно вызывать реакцию в виде совокупности гармонических затухающих процессов. В случае же, если воздействие вибрационное, то оказываются возможными резонансные явления.
При рассмотрении резонансных явлений возникает потребность в учете характерного для колебательных систем параметра - добротности Q. В самом определении добротности скрыта информация о колоссальных разрушительных возможностях резонанса. Добротность Q показывает, во сколько раз увеличивается амплитуда вибрации в случае резонанса.
Реальные значения Q для колебательных систем, реализуемых залегающими в земной толще геологическими структурами, могут достигать нескольких сотен. И если в зоне такой вот высокодобротной колебательной системы окажется объект, оказывающий на грунт вибрационное (динамическое) воздействие, то именно во столько раз увеличится амплитуда вибрации этого объекта.
Однако рост величины вибрации имеет вполне определенные ограничения. Эти ограничения определяются тем, что при некоторой амплитуде вибрации возникает превышение упругих деформаций и наступает разрушение. Разрушиться может грунт, на который оказывается вибрационное воздействие, и это проявляется мгновенным, взрывоподобным проседанием, с образованием воронки. При армировании грунта разного рода железобетонными конструкциями (например, железобетонная плотина ГЭС), могут не выдержать и порваться шпильки, на которых к плотине крепится генератор.
При небольших значениях Q (скажем, до 10) резонанс проявляется повышенной вибрацией. Это неприятно для обслуживающего персонала, это приводит к образованию разного рода люфтов и дисбаланса работающего механизма, но сокрушительного, мгновенного разрушения такой низкодобротный резонанс не вызовет.
В случае, если Q существенно больше того предельного значения, при котором амплитуда вибрации вызывает неизбежное разрушение, резонанс может существовать только кратковременно. Так, допустим, что при штатной частоте вибрации динамо-машины 50 Гц, непосредственно под этой установкой залегает геологическая структура, имеющая собственную частоту, скажем, 25 Гц при добротности Q=200. Тогда в течение всего срока штатной эксплуатации вибрация будет в пределах нормы. Однако предположим, что машину по какой-то причине нужно остановить, и тогда, в процессе остановки, в течение какого-то времени, частота ее вращения окажется близкой к резонансной, к 25 Гц. В зоне резонанса начнется плавный рост амплитуды вибрации. И здесь вопрос в том, насколько быстро частота вращения ротора минует зону резонанса, и успеет ли амплитуда вибрации возрасти до разрушительного значения.
Нетрудно заметить, что здесь в качестве примера была рассмотрена ситуация, которая сложилась на Саяно-Шушенской ГЭС. Там вибрация гидроагрегатов в нормальном, рабочем режиме возросла до неприемлемых значений. И когда было принято решение об остановке, скорость стали уменьшать весьма медленно. В результате, при прохождении зоны высокодобротного резонанса амплитуда вибрации успела возрасти настолько, что не выдержали шпильки, крепившие гидроагрегат. И, кстати, самописцы гидроагрегата показали возрастание вибрации в 600 раз.
Характерным признаком, предвестником резонансного разрушения является рост вибрации.
Первое достоверное свидетельство о наличии такого предвестника имело место при аварии на ЧАЭС. Там ведь все началось при изменении режима реактора и, соответственно, скорость вращения агрегатов. При этом началась вибрация, амплитуда которой стала быстро увеличиваться, достигла такого уровня, что люди в панике стали покидать эту зону. Оборвалась вибрация сейсмотолчком (взрывоподобным разрушением грунта), отмеченным сейсмологами. И только через полминуты после этого произошло разрушение реактора.
В дальнейшем, появлялась информация о том, что этот предвестник имеет место при разрушении разного рода насосных станций. Точно так же, при изменении частоты вибрации компрессора вдруг начинается рост амплитуды вибрации, завершающийся провалом в грунт оборудования. В качестве причины такого события обычно называют либо теракт, либо некачественные сваи, на которых стоит станция.
Зачастую имеют место железнодорожные аварии, когда без всяких видимых причин поезд рвется на две части, когда вдруг, внезапно, взрывоподобно разрушается насыпь с образованием углубления, и в эту воронку проваливаются мгновенно разрушившиеся шпалы и куски рельсов. Именно в этот момент разрушения пути рвется состав. Однако в вагоне, который оказывается последним из проскочивших эту зону, имеет место сильнейшая вибрация, которая обрывается мгновенным разрушением насыпи.
13-го августа 2007 года в Новгородской области произошла такая авария с поездом N166 Москва - Петербург. Позже очевидцы описали , что произошло: «...сначала поезд начало трясти, после чего последовал хлопок. Проводники, которые не один год работают на этом маршруте, потом признавались, что стали прощаться с жизнью, так как на их памяти такое произошло в первый раз». Ключевой момент - это то, что очевидцы перед ударом ощутили сильную вибрацию.
3 марта 2009 года в Кельне внезапно обрушилось шестиэтажное здание архива. Как сообщило агентство Reuters , перед обрушением наблюдался грохот и сильная вибрация. «Стол, за которым я сидел, качнулся, и я подумал, что кто-то случайно задел его ногой, - сказал один из посетителей архива. - Потом все начало трястись, как во время землетрясения ». Дом превратился в груду кирпичей буквально за секунды. Представитель полиции сказал журналистам, что «это было похоже на взрыв»: кирпичи, доски и куски цемента разлетелись по тротуару в радиусе до 70 метров. Под зданием архива проходит ветка метро, тоннель которой тоже обвалился. Источник вибрации, как оказалось, находился в тоннеле метро. Этим источником была работавшая там буровая установка.
Подробно физика резонансных разрушений рассмотрена в работах . Здесь же представляется необходимым поставить следующий вопрос. Является общеизвестным, что нарастание амплитуды вибрации, обрывающееся взрывоподобным разрушением однозначно связано с резонансными явлениями. Так почему же мы никогда не слышим слова «резонанс» при расследовании катастроф, имевших такой предвестник? Причина оказалась чисто психологической. Согласно укоренившемуся мнению, в земной толще НЕТ никаких колебательных систем. А если нет колебательных систем, значит, не может быть речи о резонансе.
Если все же допустить предположение о резонансе, то неизбежен вопрос о колебательной системе. Потому что без колебательной системы не может быть резонанса.
Далее, если допустить, что земная толща действительно представляет собой совокупность колебательных систем, то это подрывает устои сейсморазведки. Ведь рассмотрение сейсморазведки возможно только в рамках ее общепринятой модели, согласно которой земная толща представляет собой совокупность отражающих границ.
Не имеет значения, дает сейсморазведка информацию или нет, потому что это колоссальный, многомиллиардный бизнес, который трогать нельзя. Бизнес, построенный на фальсификациях, но столь огромный, что сейсморазведка уже не нуждается в том, чтобы ее кто-то подтверждал.
Сейчас уже нет, наверное, функционирующих ученых, кто бы не знал, что является доказанным факт того, что планета наша - это совокупность колебательных систем. Но теперь у них главная задача - сделать вид, что они этого не знают. Любое открытие в той или иной степени перечеркивает предыдущий уровень знания. Да, действительно, если бы эта точка зрения была освоена и принята, количество техногенных катастроф пошло бы на убыль. Но увы, ученым это не нужно. Для них главное - уцелеть до конца жизни на достигнутом уровне, и чтобы никто не перечеркивал тот уровень знания, на котором они достигли своих высот. И это безусловно по значимости перевешивает для них все те катастрофы, которые можно было бы предотвратить.

ЛИТЕРАТУРА

Гликман А.Г. Эффект акустического резонансного поглощения (АРП) как основа новой парадигмы теории поля упругих колебаний .
Свидетельство проводников Северного Экспресса www.newsru.com/russia/14aug2007/train.html
Свидетельство разрушения архива в Кельне www.gazeta.ru/social/2009/03/04/2952320.shtml
Гликман А.Г. Вибрация и резонансные явления в нашей жизни (что произошло на Саяно-Шушенской ГЭС)
Гликман А.Г. Планета Земля как совокупность колебательных систем и техногенные и природные землетрясения как следствия из этого

Вы думали, что дело в «резонансе»? Подумайте ещё.

«По крайней мере, шесть фонарных столбов были вырваны, пока я смотрел. Несколько минут спустя я увидел, что один из прогонов увело в сторону. Хотя мост и качался под углом в 45 градусов, я думал, что всё обойдётся. Но этого не произошло». – Берт Фаркарсон.

Обрушение моста Такома-Нэрроуз утром 7 ноября 1940 года - самый яркий пример захватывающего обрушения моста в наше время. Третий по величине висячий мост в мире, уступающий только мосту Джорджа Вашингтона и мосту Золотые Ворота, он соединял Такому с полуостровом Китсап в заливе Пьюджет и открылся общественности 1 июля 1940 года. Всего четыре месяца спустя, при определённых условиях ветра, мост вошёл в резонанс, что заставило его неудержимо колебаться. После часа колебаний из строя вышла его центральная часть, и весь мост был уничтожен. Это стало свидетельством существования эффекта резонанса и с тех пор использовалось в качестве классического примера в физике и на технических занятиях по всей стране. К сожалению, вся эта история – настоящий миф.

У каждой физической системы или объекта существует естественная, свойственная ему резонансная частота. У качелей, например, существует определённая частота, с помощью которой вы можете управлять ими; в детстве вы учитесь раскачивать себя одновременно с колебанием. Раскачиваясь слишком медленно или слишком быстро, вы никогда не создадите скорость, но если вы раскачиваетесь в правильном темпе, вы можете взлетать настолько высоко, насколько вам позволит ваша физическая подготовка. Резонансные частоты могут также иметь катастрофические последствия, если вы создадите слишком много вибрационной энергии в системе, которая не сможет её обработать, как например, определённые звуковые частоты способны заставить разбиться стакан.

Поэтому вполне логично предположить, что виновником разрушения моста стал именно резонанс. И это самая известная ловушка науки: когда вы находите объяснение, которое является простым, логичным и очевидным. Но в этом случае оно абсолютно неверно. Вы можете рассчитать резонансную частоту моста и понять, что не было никаких воздействий, способных привести к разрушению. Всё, что происходило в тот момент - продолжительный сильный ветер. На самом деле сам мост вообще не раскачивался в своей резонансной частоте!

Но то, что произошло на самом деле, было по-настоящему захватывающим и содержит уроки, которые мы не все учли – судя по мостам, созданных нами с тех пор.

Каждый раз, когда вы создаёте объект между двумя точками, он способен свободно перемещаться, вибрировать, колебаться и так далее. У него существует собственная реакция на внешние стимулы, точно так же, как струна гитары вибрирует в ответ на внешние раздражители. Именно это происходило с мостом большую часть времени: простые вибрации вверх и вниз от проезжающих по нему автомобилей, дуновения ветра и так далее. С ним происходило то, что происходило бы с любым висячим мостом, однако он подвергался более сильному воздействию из-за снижения расходов при проектировании его конструкции. Такие сооружения, как мосты, особенно хороши в потере этого вида энергии, поэтому самостоятельно они не могут создать угрозу разрушения.

Но ветер, дувший на мосту 7-го ноября, был более сильным и продолжительным, чем когда-либо прежде, он заставил сформироваться вихри. В малых количествах это не создало бы проблем, но посмотрите на эффекты этих вихрей в видео ниже.

Со временем они вызывают аэродинамическое явление, известное как «флаттер»: части конструкции под влиянием ветра начинают дополнительно раскачиваться. Это заставляет внешние части перемещаться перпендикулярно направлению ветра, что не совпадает по фазе с изменчивым движением моста. Явление флаттер, как известно, имело катастрофические последствия для самолётов, но никогда прежде не было замечено его влияния на мосты. По крайней мере, не до такой степени.

Когда начался эффект флаттер, один из стальных кабелей, поддерживающих мост, лопнул, перестав быть последним главным препятствием для этого явления. Это произошло, когда две стороны моста качались назад и вперёд в гармонии друг с другом, поэтому волнение усилилось. Продолжительный сильный ветер и созданные им вихри не могли уже остановить никакие силы, мост продолжал раскачиваться всё сильнее. Последние люди, оставшиеся на мосту, по большей части фотографы, были вынуждены бежать.

Но совсем не резонанс уничтожил мост, а скорее самопроизвольное раскачивание! Не имея возможности рассеять эту энергию, конструкция просто продолжала колебаться назад и вперёд, и этот процесс наносил ущерб подобно тому, который скручивание твёрдого объекта туда-сюда ослабляет его, в итоге приводя к поломке. Не резонанс виноват в разрушении моста, а простое отсутствие внимания ко всем эффектам, дешёвые строительные методы и нежелание просчитать все воздействующие силы.

Однако это не было полным провалом. Инженеры, которые исследовали разрушение, быстро начали понимать явление; в течение 10 лет новое ответвление науки: аэроупругость моста. Явление флаттер теперь изучено достаточно, и о нём нельзя забывать, чтобы добиться успеха. Два современных моста могла постичь та же участь, что и Такома-Нэрроуз – Мост Тысячелетия в Лондоне и Волгоградский мост в России тоже имели недостатки, связанные с эффектом флаттер, но они были исправлены в XXI веке.

Не вините резонанс в самом известном разрушении моста. Истинная причина более ужасна, и она может коснуться сотни мостов по всему миру, если мы забудем об эффекте флаттера, который может привести к разрушениям.

В школьном курсе физики говорится о том, что солдаты, проходя строем по мосту, должны перестать маршировать и идти обычным шагом. Для чего же такие предосторожности? Эта команда даётся солдатам, чтобы не разрушить мост. Дело в том, что если частота моста совпадёт с частотой строевого шага, то мост в результате возникшего резонанса может рухнуть. И такое порой случается...

САМЫЙ ОБЫЧНЫЙ РЕЗОНАНС

Итак, что же такое резонанс? В упрощённом виде резонанс - это гармоничная связь между разными колебаниями. Так, при вибрации машин и механизмов происходит самопроизвольное отвинчивание гаек. Или если две гитары настроены в унисон, то стоит ударить по струне одной гитары, как такая же струна другой гитары без какого-либо вмешательства тут же начнёт колебаться, издавая точно такой же звук. Для того, чтобы убедиться в феномене резонанса, проводили такой эксперимент. На определённом удалении друг от друга устанавливали два рояля и соединяли их металлической проволокой. Затем на одном из них исполняли то или иное музыкальное произведение. И второй рояль начинал повторять ту же самую мелодию, хотя к нему никто не прикасался.

Знаменитый Фёдор Шаляпин пел так, что в концертном зале вдребезги разлетались лампочки. Это происходило оттого, что частота колебаний его голоса совпадала с частотой колебания стеклянных лампочек. Резонанс не подчиняется ни законам пространства, ни времени. Он словно бы из какого-то другого мира, не подвластного земным законам. Резонанс происходит не оттого, что предметы находятся рядом друг с другом, потому что у них определенная гармоническая связь. Эти предметы могут разделять тысячи километров, но незримая связь между ними останется.

Более того, учёные и исследователи, работающие в этой отрасли физики, утверждают, что законам резонанса подчинено всё, что находится как во Вселенной, так и в её отдельных структурах, допустим на Земле. Вот пример действия резонанса во взаимоотношениях людей. Человек чаще всего общается с подобными себе людьми - интеллигенты с интеллигентами, пропойцы с пропойцами и т.п. По такому же принципу люди находят себе спутника жизни.

Принцип действия резонанса ещё в древности сформулировал, даже не ведая, какой закон он открывает, греческий мыслитель Гермес Трисмегист: "Подобное притягивает к себе подобное". В резонансе с вибрациями Земли находится только те сооружения, которые изготовлены из естественных, природных материалов, т.е. из дерева, камня и т.п. К ним, например, можно отнести, все пирамиды Земли. Поэтому при глобальных катаклизмах или смещении полюсов они могут устоять и сохраниться, в то время как все объекты из искусственного материала будут полностью разрушены.

У резонанса много и загадочных сторон. Так, если о параллельных мирах говорить как об объективной реальности, то присутствие представителей этих миров мы иногда ощущаем и даже чувствуем на себе. Одним из признаков параллельности миров является то, что параллельные линии не пересекаются, однако он порой не соблюдается, и их миры с нашим земным миром всё же пересекаются. По всей видимости, это происходит оттого, что на границе двух миров возникает некая резонансная вибрация и нарушает принцип параллельности.

РЕЗОНАНСЫ ТЕСЛЫ И ШУМАНА

Одним из первооткрывателей удивительных и ранее не изученных свойств резонанса был известный американский учёный и изобретатель Никола Тесла. Принцип резонанса и вибраций лежал буквально во всех открытиях и изобретениях Теслы. Нью-Йорк, 1898 год. Проводя очередной эксперимент, Никола Тесла включил прибор и стал наблюдать, как под воздействием ультразвука завибрировал водопровод, затем вибрация перекинулась на стены, потом завибрировало всё здание. Оно вибрировало всё сильнее и сильнее! Учёному стало ясно - ещё мгновение, и произойдёт непоправимое. На раздумывание времени не оставалось, и Тесла, схватив молоток, ударил им по своему детищу. Позже до Николы дошло, что он чуть не разрушил целый квартал. Он понял, что даже самое незначительное колебание, если ему не давать затухнуть, может вызвать самые страшные разрушения. Так был открыт избирательный резонанс!

После этого происшествия Тесла заявил журналистам: "Чтобы познать тайны Вселенной, надо мыслить категориями энергий, частот и вибраций. Применяя принцип резонанса, я за несколько недель могу вызвать в земной коре такие колебания, что она будет опадать и приподниматься на сотни футов, выбрасывая реки из русел...". Позже Тесла утверждал, что если запустить резонанс, соответствующий колебаниям земной коры, то он может в клочья разнести целую планету. В 1915 году Тесла сообщил, что его устройство способно вызывать разрушения на любом расстоянии. "Я уже построил беспроволочный передатчик, с помощью которого мы можем отправлять электрическую энергию в любых количествах на любые расстояния". Так что одной из версий Тунгусского взрыва смело можно назвать результат эксперимента Николы Тесла с его любимым резонатором. Но мог ли Тесла направить энергию в конкретное место? Доктор технических наук Дмитрий Стребков уверен, что это вполне реально - имея два радара, можно фиксировать любой объект на Земле.

Спустя полвека исследования продолжил немецкий физик Отто Шуман. В содружестве с врачом Гербертом Кёнигом он открыл так называемые стоячие электромагнитные волны, расположенные между ионосферой и поверхностью Земли. Кстати, в 2011 году волны Шумана были зафиксированы космическим спутником на высоте 850 км. Это пространство представляет собой Земля огромный сферический резонатор. Впоследствии эти волны получили название волн Шумана. Если эта волна, совершив виток вокруг земного шара, снова совпадёт со своей фазой и войдёт с ней в резонанс, то она просуществует очень долгое время. Герберт Кении же заявил о совпадении частоты этой волны с диапазоном альфа-волн человеческого мозга.

Таким образом, человек живёт как бы внутри такого резонатора, благодаря чему волны Шумана стабилизируют его биологические ритмы и нормализуют жизнедеятельность. Эти так необходимые для нас волны возбуждаются магнитными процессами на Солнце, разрядами молний. Отсутствие или слабая активность волн способны вызвать потерю ориентации, головокружение, головную боль. Особенно остро это ощущают пожилые и хронические больные.

Из-за ухудшения экологии Земли, что происходит сегодня, частота Шумана может изменяться в худшую сторону. И тогда физическое тело человека может потерять связь с частотными излучениями Земли, что чревато губительными последствиями. Но пока люди будут соблюдать общечеловеческие нравственно-моральные ценности, не будет оказывать отрицательного воздействия на заложенные в них программы, они будут находиться в резонансе с излучениями Земли, с волнами Шумана. При регулярном выполнении таких условий, на Земле может наступить упомянутый Нострадамусом Золотой век.

МАШИНА ХАЭРОНИМУСА

Довольно уникальный прибор изобрёл Галлен Хаэронимус, американский инженер по электронике. Состоит он из эндовибратора и металлической пластины. Аппарат Галлена Хаэронимуса получил 1948 году патент США за № 2482?773. Суть его изобретения в том, что "оператор" настраивает свой мозг на того или иного человека и, вызывая резонанс, проводит пальцами по специальной резиновой диафрагме.

Хаэронимус поочерёдно вставил фотографии астронавтов "Аполлона-11", отправляющихся на Луну, в специальное устройство своей "машины времени". Таким образом он мог контролировать состояние астронавтов на всём протяжении полета. Из отчёта: "...самое важное и пугающее то, что Луну окружает пояс, излучающий смертельные дозы радиации. Простирается он примерно на 65 миль от поверхности Луны и начинается в 15 футах от неё. Также отмечен рост онкологических показателей астронавтов и снижение их жизненной активности. Такое состояние длилось до тех пор, пока они не оказались на поверхности Луны".

"Я ИЗОБРЁЛ РЕЗОНАТОР МЫСЛЕЙ!"

Жорж де ла Варр, профессор физики из Оксфорда, ставя свои таинственные опыты, порой месяцами не покидал стен лаборатории. Наконец, настало время, когда он торжественно воскликнул: "Я изобрёл резонатор мыслей!" Возможности резонатора были не просто уникальны - они не были ограничены ни временем, ни пространством!

В своё время учёный пришёл к выводу, что практически все предметы распространяют вокруг себя электромагнитные излучения. Причём частоты части этого предмета идентичны частотам целого предмета. Это в первую очередь говорило о том, что связь между ними не исчезает, на каком бы расстоянии друг от друга они не находились. Точно так же фотография того или иного человека тесно связана с её оригиналом.

И де ла Варр нашёл способ получения фотографии предметов вместе с их излучением - с этой целью им была изобретена специальная фотокамера. Изучая полученные снимки, профессор обратил внимание, что при определенных условиях эти предметы содержат незначительные отличия от их фотографического изображения. "Снимки показывают состояние предметов во времени" - озарила его мысль, - а если применить ещё и резонатор, то фотографии окажутся вне времени!". Начались уникальные эксперименты. Во время одного из них де ла Варр заснял... день собственной свадьбы. Для этого он наполнил своей кровью и кровью жены две пробирки и, усевшись поудобнее, мысленно представил себе далёкий 1929 год - год их свадьбы и щёлкнул затвором...

На фотографии были запечатлены он сам и его жена - молодые и счастливые. И окрылённый успехом де ла Варр стал помещать в резонирующее поле капли крови тех, кто страдал серьезными болезнями. После фотографирования просматривал снимки пораженных органов. Сейчас это изобретение взято на вооружение медиками и носит название магнитно-резонансной томографии.

Вот что говорит по этому поводу сам изобретатель: "Кровь - это единственная действующая машина времени, и ей управляют мысли человека. Наши мысли - это электромагнитные излучения определенных частот, аналогичные частоты имеют и сердца людей, эмбрионы. Всё, что находится в потоке времени, отзывается на наши мысли". Надо сказать, его открытие внесло немалый вклад и в криминалистику. Фотографируя в поле резонатора кровь подозреваемого и его жертвы, можно получить детальные фотоснимки совершения преступления.

ВСЕЛЕНСКИЙ ЗАКОН КОСМИЧЕСКИХ РЕЗОНАНСОВ

Вселенная с её бесчисленными галактиками, звёздами и планетами - это единая электромагнитная среда, и одним из её законов является Закон простых и сложных резонансов. Зачастую главная причина земных катаклизмов и катастроф кроется в резонансе двух и более космических циклов. Принято считать, что эти циклы находятся в остром резонансе, если во времени они смещены не более чем на 3 часа. В резонансные дни на Земле начинаются землетрясения, извержения вулканов, ураганы, эпидемии, а также внезапное и резкое изменение погоды. Кроме этого увеличивается число авиационных, железнодорожных, морских катастроф, нарушается работа компьютеров. Что же касается людей, то у них наблюдаются сбои работы головного мозга и психики.

10 апреля 2010 года на военном аэродроме Смоленской области потерпел крушение самолет с президентом Польши Качиньским и его супругой. Всего на борту Ту-134 находилось 96 человек - никто из них не выжил. Лех Качиньский собирался в этот день посетить под Смоленском Катынское кладбище.

Владимир Плескач, специалист по резонансу и биоритмам, уверен, что эта катастрофа - следствие мощного резонанса, который возник из-за особого соотношения биоритмов пассажиров авиалайнера и всех искренне скорбящих. Иными словами, на борту Президентского самолёта находились пассажиры, сердца и души которых были переполнены скорбью и болью по соотечественникам, погибшим весной 1940 года в Катыни. Но что произошло - то произошло! Владимир же прилагал все усилия, чтобы отстоять честь погибших вместе со всеми лётчиками, которые оказались крайними в этой трагедии. Здесь рухнувший самолёт можно сравнить с тем самым обрушившимся мостом.

Владимир ЛОТОХИН

НА ГЛАВНУЮ

Физики разработали модель, с помощью которой можно оценить критическое количество шагающих по мосту пешеходов, которое приведет к его резкому раскачиванию. По словам авторов исследования, опубликованного в Science Advances , предложенная ими модель позволит в будущем строить более безопасные пешеходные мосты.

Несмотря на то, что при проектировании пешеходных подвесных мостов сейчас используются самые современные пакеты для компьютерного моделирования, все равно иногда наблюдаются ситуации, когда из-за большого количества пешеходов на мосту он внезапно начинает сильно колебаться. Иногда эти колебания могут быть настолько сильными, что становятся причиной возникновения небезопасных ситуаций и разрушения части конструкций. Наиболее показательными примерами являются открытие моста Сольферино в Париже в 1999 году или регулярно раскачивавшийся мост Миллениум в Лондоне, который пришлось из-за этого перестраивать вскоре после открытия.

Раскачивающийся мост является классической колебательной системой, в которой шагающие пешеходы являются источниками внешней периодической силы. При совпадении собственной частоты колебаний моста с частотой внешней силы система приходит в резонанс, и амплитуда колебаний резко увеличивается. Если же источников внешней силы много и у всех них одинаковая частота (то есть пешеходы совершают одинаковое количество шагов за одинаковые промежутки времени), то между ними может еще происходить синхронизация фазы, когда все начинают шагать одновременно. Именно синхронизацию фазы обычно называют основной неучтенной причиной при проектировании, которая приводит к возникновению резонансных колебаний на реальных мостах. Несмотря на актуальность проблемы, все предыдущие модели, описывающие такой механизм, не могли объяснить пороговый эффект такого явления: при числе пешеходов меньше критического мост почти не раскачивается, но как только количество пешеходов, шагающих в ногу, превысит определенное значение, наблюдается резкое увеличение амплитуды поперечных колебаний.

Группа физиков из США и России под руководством Игоря Белых (Igor Belykh) из Университета штата Джорджия предложила новую модель, которая, помимо остальных параметров, учитывает и биомеханику человеческого тела в момент совершения шага. В рассматриваемой системе сам мост является колебательной системой, в которой под действием шагающих пешеходов возникают затухающие вертикальные колебания. Для описания шагающего человека рассмотрели две биомеханические модели (более полную и ее упрощенный аналог), которые учитывают, что в ответ на вертикальное колебание моста человек наклоняется в сторону и возбуждает таким образом поперечные колебания.

Схема рассматриваемой физической системы. Слева изображен мост, в котором шагающие пешеходы возбуждают его колебания, справа - человек, который реагирует на движение моста, вызывая тем самым его поперечные колебания

I. Belykh et al./ Science Advances

Точного аналитического решения для полученной системы уравнений нет, поэтому для нахождения решений авторы работы использовали численные методы. В отличие от всех предыдущих, предложенная модель привела к возникновению порогового эффекта. Если все пешеходы шагают в ногу, то при увеличении числа людей на мосту может внезапно возникнуть неустойчивость. Для подтверждения работы модели, физики проверили ее для описания раскачивания лондонского моста Миллениум, для которого даже известно точное количество человек, которое приводило к резонансу - 165.

При этом такой же эффект наблюдался и в случае, когда частота шага у разных пешеходов немного варьировалась, что еще сильнее приближает модель к реальности. Кроме того, оказалось, что наличие синхронизации фазы критично только для колебания очень тяжелых мостов (как тот же мост Миллениум, который весит около 130 тонн) с большой амплитудой. Возбуждение же колебаний с маленькой амплитудой возможно даже без синхронизации фазы. Такие случаи тоже наблюдались в реальности, и одним из возможных механизмов возбуждения колебаний даже единственным источником ученые называют смену скорости шага при движении по мосту.

В своей работе физики выразили надежду, что предложенная ими модель будет в дальнейшем использоваться для более точного проектирования безопасных подвесных и пешеходных мостов.

Для диагностики повреждений, которые появляются на крупных мостах, сейчас используются различные методы, основанные на исследовании механических характеристик и выявлении дефектов с помощью ультразвука. Недавно для осмотра мостов, в том числе и их подводных частей, дроны.

Александр Дубов