下面這座大橋的晃動幅度高達數米，在這樣的橋上開車是種什麼體驗？

癲狂的美國塔科馬大橋

1940年的7月1日，位於美國華盛頓州的塔科馬大橋通車，這座大橋在當時是世界上第三長的懸索橋，僅次於金門大橋和喬治華盛頓大橋。詭異的是，這座由鋼鐵和混凝土打造的大橋有時候竟然像扭秧歌一樣，不受控制的舞動！這種駭人聽聞的奇觀吸引了當時來自全美的人前來吃瓜。而劇烈的舞動最終還是讓大橋轟然倒塌！到底是什麼原因導致這座大橋如此詭異的舞動呢？

1931年通車的喬治華盛頓大橋

1937年通車的金門大橋之後經常出現於各大好萊塢電影中

1940年7月1日塔科馬大橋通車，是當時世界上第三長的懸索橋

塔科馬大橋最初建於 1938 年，當時有兩位著名的設計師為該橋樑提出過設計方案。第一個方案由克拉克·埃德里奇提出，他的方案是將塔科馬大橋設計為鋼結構桁架支撐的橋面，厚度為7。6米，但由於這份方案的造價過於昂貴，並且當時的聯邦公共管理局只批准了600萬美元，剩下的錢還需要當地自己想辦法去籌措。於是，另一個方案就被推了出來，提出新設計方案的人，正是著名的金門大橋設計師之一的里昂莫伊塞弗。他認為塔科馬大橋的橋面厚度可以設計成2。4米的厚度，後者的設計方案無疑可以節省一大筆費用，並且還可以使得橋樑設計的更加優雅和纖薄，於是塔科馬大橋的預算從1100萬美元降至800萬美元。大橋從1938年9月27日開始施工，只花了19個月，該橋就於1940年7月1日實現了通車。大橋的主跨度為850米，由於規劃人員預計該橋樑的車流量較少，僅設計了兩個車道，總寬度僅為12米，從遠處看，這座橋薄的像一條絲帶。在施工的過程中，工人們意識到大橋經常發生劇烈的晃動，甚至在正式通車的當天，現場所有的人也感受到了大橋明顯的晃動。為了監測塔科馬大橋的晃動，研究人員在大橋上安裝了攝像機。同時，晃動的大橋也吸引了不少駕車人士慕名而來，感受其振盪威力的刺激，在有些時候其橋面擺動幅度甚至可達數米！其後，橋面的波動幅度不斷增加，工程人員嘗試加建纜索及液壓緩衝裝置去試圖減小波動，但都不成功。這座造價相當於現在的10億美金的塔科馬大橋，僅僅存在了4個月零7天！

施工中的塔科馬大橋

纖薄的塔科馬大橋看上去確實更具美感

塔科馬大橋的橋面並未採用這種桁架支撐的結構

塔科馬大橋墜毀瞬間

為了研究大橋坍塌的原因，事後的工程師們製作了一個1：1200的三維大橋模型，並進行了大量的風洞實驗，得出的結論，還是因為風的作用。但是，在橋樑設計的時候，設計師已經考慮到了85000噸重的橋樑足以抵抗極端大風，不過那時的橋樑設計師並不具備專業的物理學知識，他們無法理解塔科馬大橋在建成後，即便是在微風徐徐依舊會讓大橋產生明顯的晃動。

即便是風力不算很大的情況下，塔科馬大橋依舊劇烈晃動

想要理解塔科馬大橋的晃動，這裡需要說到的一個概念，叫做共振。每個物體或是系統都有一個固有的特殊頻率，稱為自然振動或是共振頻率。當我們在盪鞦韆的時候伴隨著鞦韆擺動的頻率，只需要在準確的位置施加一個推力，鞦韆就會越來越高，因為透過共振，可以使得較小的週期性的推力累加起來成為較大的振動，鞦韆就可以越來越高，正是因為能量被儲存了起來。 當風掠過橋樑時，橋體的上下就會產生漩渦，這種漩渦被稱之為卡門渦街效應，漩渦會使得橋樑擺動，而當這種交替的渦流的頻率達到橋樑的固有頻率時，便會使橋樑產生更加劇烈的垂直襬動！

卡門渦街效應

但是透過影片人們發現，橋樑在坍塌之前並非是只有因卡門渦街效應導致的垂直震盪，而是以一種極為誇張的來回扭曲的方式折斷。這個問題其實至今都在爭論，但是最為合理的解釋就是由於塔科馬大橋的特殊構造，風的作用使得橋樑產生輕微的扭曲，瞬間的大風使得扭曲被放大，當橋樑恢復自然狀態時，慣性又使得橋樑向另外一個方向扭曲。 而這種現象被稱為氣動彈性振顫，這也是塔科馬大橋坍塌之後衍生出來的一個新的學科。

模擬塔科馬大橋橋面的氣動試驗

滑稽的是，在塔科馬大橋坍塌後的第二天，華盛頓州的州長首先出來表示，塔科馬大橋的設計沒有問題，計劃按照原樣重建！但是馮卡門作為當時大橋坍塌調查組的成員之一，極力反對！經過幾番激烈的爭論之後，馮卡門終於說服了不懂空氣動力學的橋樑設計師，並且在之後新建的塔科馬大橋，重新採用了之前被否定的設計師克拉克埃德里奇的方案。1950年通車的新的塔科馬大橋一直沿用至今。塔科馬大橋的坍塌讓橋樑工程師們，重新構造橋樑設計的理論，而人類社會正是在這種無數次的失敗跌倒中一步步的向前的！關於大橋的振動，你還了解多少？歡迎大家在評論區告訴我。