Wie kam es zum Einsturz der Tacoma-Brücke?
Wir sollen erklären, wie es kommen konnte, dass die Tacoma-Brücke in den USA im Jahr 1940 trotz der geringen Windstärke eingestürzt ist. Natürlich habe ich keine Peilung, also bitte Hilfe!
5 Antworten
Das war eine Resonanzkatastrophe!
Der Wind hatte die Eigenfrequenz der Brücke und hat sie immer weiter zum Schwingen gebracht.
Das ist etwa so wie eine Sängerin mit dem richtigen Ton ein Glas zersingen kann.
"Resonanz (von lateinisch resonare „widerhallen“) ist in Physik und Technik das verstärkte Mitschwingen eines schwingfähigen Systems, wenn es einer zeitlich veränderlichen Einwirkung unterliegt." (Allwissende Müllhalde)
Also wenn deine Mama dich auf der Schaukel anschubst z. B.
Ich hatte gehofft das merkt keiner. Der Rest stimmt aber.
Durch windböhen und deren schwingungen
Genau: Resonanzkatastrophe.
Resonanz ist, wenn man ein System immer dann so anstubst, dass es dadurch mehr in Bewegung gerät. Schaukeln zum Beispiel: da reicht leichtes Anstubsen im richtigen Moment, um nach und nach immer mehr Schwung zu haben. Musst Du nur im richtigen Takt tun.
Genauso bei der Brücke: da haben sich Luftwirbel gebildet, deren Frequenz mit der der Schwingung der Brücke übereinstimmten. Und im Gegensatz zur Schaukel ist eine Brücke für so etwas nicht gebaut.
Die Brücke von 1940 nach dem Einsturz
Am 7. November 1940 kam aus südwestlicher Richtung, quer zur Brücke, Starkwind auf. Dadurch geriet die Brücke in einen anderen Schwingungsmodus und führte jetzt Torsionsschwingungen aus. Dabei handelte es sich um eine selbsterregte Schwingung, die keine Anregung mit einer bestimmten Frequenz erfordert. Der sich verwindende Fahrbahnträger konnte so durch seine sich ändernde Stellung im Wind diesem immer weiter Energie zur Verstärkung der Schwingung entnehmen, völlig unabhängig von der Frequenz einer Kármánschen Wirbelstraße, die nun bereits um den Faktor fünf über der der Fahrbahnschwingung gelegen hätte.[5] Nach einer dreiviertel Stunde rissen bei einer Windgeschwindigkeit von 67 km/h (Windstärke 8) die Seile und die Fahrbahn stürzte mit einem verlassenen Auto und einem Hund in die Tacoma Narrows. Das Ereignis wurde von Ingenieuren der University of Washington gefilmt, die die Brücke aufgrund der Schwingungen bereits längere Zeit systematisch beobachteten. Als Ergebnis dieser Untersuchungen war bereits für die folgenden Tage die Ausstattung des Fahrbahnträgers mit Windabweisern aus Stahlblech vorgesehen.
Menschen kamen bei dem Unglück nicht ums Leben, da die Brücke schon einige Zeit vor dem Einsturz für den öffentlichen Verkehr gesperrt wurde. Das in dem Film vor dem Einsturz zu sehende Auto auf der Brücke gehörte einem der mit der Überwachung der Brücke befassten Sachverständigen, der, wie ebenfalls zu sehen ist, die Brücke kurz nach zwei anderen Personen scheinbar unbeeindruckt verlässt.
Diese Schlankheit führte zu einer sehr niedrigen Steifigkeit und einem sehr niedrigen Gewicht. Zusammen mit einer aerodynamisch ungünstigen Form des Trägers machte das die Brücke sehr windempfindlich. Schon bei leichtem Wind bildete sich hinter dem Träger eine Kármánsche Wirbelstraße, deren Wirbel sich mit annähernd einer Eigenfrequenz der Brücke ablösten, so dass die Brücke in Resonanz geriet. Diese damals zwar theoretisch beschriebenen, hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Fahrbahnträger aber noch kaum bekannten Schwingungen waren allerdings nicht die Ursache ihres Einsturzes.
Dankeschön! Aber könntest du auch Resonanz nochmal ein bisschen näher erklären, weil wir das im Unterricht nicht richtig besprechen konnten, da die Stunde schon vorbei war...