为什么风会摧毁塔科马海峡大桥? 位于美国西北部华盛顿州的塔科马海峡大桥横跨塔科马海峡。这座长853米的悬索桥于1940年7月1日竣工通车。即使在建造之初,它就表现出随风摇晃的倾向,这种现象令驾驶员们感同身受。当地人戏称它为“跳舞的盖蒂桥”。同年11月7日,由于剧烈摇晃,大桥坍塌,所幸无人伤亡。当时,世界著名的空气动力学家、古根海姆航空实验室主任西奥多·冯·卡门是事故调查组的成员。他通过在加州理工学院进行的风洞实验证明,这座钢架桥坍塌的真正原因是风速低于每秒20米!
空气动力学研究表明,当风吹过桥梁时,在一定的风速范围内,流经桥梁的气流会周期性地产生两组平行的逆流涡旋,即所谓的“卡门涡街”。当每个涡旋从其环绕的物体表面分离时,物体会受到一个力。涡旋的持续出现会对桥梁施加周期性力。当该力的频率接近桥梁的固有振动频率时,就会发生共振。此时,桥梁的摆动幅度会增大,最终导致桥梁坍塌。这场严重的事故使桥梁工程界认识到空气动力学在结构设计中的重要性,自此以后,所有桥梁和超高层建筑的设计都必须通过风洞模型试验进行安全验证。
当一大群人齐步走过一座桥时,也会发生类似的情况。如果这种同步行进产生的周期性力的频率接近或等于桥梁的固有振动频率,桥梁也会因共振而坍塌。1905年,一支俄罗斯帝国军队在圣彼得堡附近的丰坦卡河大桥上齐步行进时,就造成了桥梁坍塌的悲剧。
生活中另一个常见的例子是,如果秋千摆动的频率与荡秋千的人施加的力的频率相同,秋千就会越荡越高;否则,秋千就很难荡得很高。

