Независимое интернет сообщество Talknetworkru

Рады Вас приветствовать на нашем информационном портале!

Российский учёный выяснил, почему лондонский мост ходил ходуном

Российский учёный выяснил, почему лондонский мост ходил ходуном

Международная команда учёных, работающая под руководством профессора Института информационных технологий математики и механики ННГУ им. Н.И. Лобачевского (ИИТММ ННГУ) и Университета штата Джорджия в США Игоря Белых доказала, что пешеходы могут раскачать мост, даже если они двигаются несинхронно и с разной скоростью.

Модель колебаний была построена на примере лондонского моста Миллениум. В 2000 году во время торжественного открытия на нём одновременно находились около двух тысяч пешеходов. Мост под их ногами пришёл в весьма ощутимое движение, на что совершенно не рассчитывали его архитекторы.

Полагаясь на традиционное представление о колебательных системах, специалисты решили, что частота движений людей и моста совпала, что и вызвало резонанс, из-за которого мост в буквальном смысле начал ходить ходуном.

Мост тогда укрепили дополнительными демпферами – конструкциями, которые гасят колебания. Его вновь открыли уже в 2002 году.

Однако команда Игоря Белых доказала, что раскачать мост могут не только люди, идущие в ногу, но и большое число пешеходов, двигающихся вразнобой.

Учёные создали математическую модель, которая продемонстрировала, что колебательная система «мост-люди» потеряла баланс из-за того, что пешеходы пытались сохранить равновесие, продолжая двигаться.

В таком случае люди автоматически опираются либо на правую, либо на левую ногу. Можно было бы ожидать, что эти движения нивелируют друг друга.

Однако всё происходит с точностью до наоборот: движения тысяч пешеходов складываются в энергию, которая может передаться мосту и усилить его колебания.

«Мы все с детства знаем, что солдаты, проходящие по мосту, не должны идти в ногу. Их движения не должны быть синхронными, чтобы мост не раскачался. Наша работа показывает, что это не является гарантией устойчивости моста, и солдаты неожиданно для себя могут инициировать его неустойчивость.

Эти небольшие начальные колебания заставят солдат изменить частоту и ширину шага, таким образом усиливая колебания моста ещё больше. В результате солдаты пойдут в ногу, будто пассажиры, идущие по палубе круизного лайнера, попавшего в шторм и раскачивающегося в поперечном направлении.

То есть синхронизация шагов пешеходов на мосту является не причиной возникновения значительных колебаний моста, а их следствием. Что и произошло в случае Лондонского моста», – объясняет профессор Белых.

Важную роль в исследовании сыграли наблюдения профессора из Бристольского университета Джона Макдональда (John Macdonald). Учёный заметил, что во время городских гуляний на мосту Клифтона в Бристоле группы людей, конечно же, не идущих в ногу, всё же спровоцировали колебания гигантской конструкции.

Теперь эти наблюдения и построенные позже математические модели, подтверждающие их, лягут в основу авторской методики расчёта параметров мостов. Она может применяться для их проектирования и дизайна.

Учёные планируют внедрить подобный подход в стандартный пакет программ, которым пользуются мостостроители всего мира.

«Часто, как это было и в случае Лондонского моста, дизайнеры хотят сделать мост более элегантным и визуально привлекательным за счёт меньшего количества демпферов. Казалось бы, проектируй мост с собственной частотой [раскачивания] далёкой от частоты движения пешеходов, и количество демпферов можно снизить.

Наша работа показывает, что это опасный путь. Неустойчивость возможна на других частотах. Нет надёжной альтернативы значительному демпфированию мостов. Наши расчёты как раз и позволяют оценить необходимый уровень демпфирования в зависимости от размеров и свойств моста», – рассказывает Игорь Белых.

В дальнейшем учёные планируют создать формулу расчёта критического числа пешеходов и диапазона опасных частот для заданного моста. Решение этой задачи возьмут на себя специалисты лаборатории динамического хаоса ИИТММ ННГУ, в чём им помогут вычислительные мощности суперкомпьютера «Лобачевский».

Статья об этой проблеме и её решениях была опубликована 10 декабря 2021 года в издании Nature Communications.

Ранее мы писали о том, что математическая модель определила «магическое число» пешеходов, вызывающее опасные колебания мостов. Также мы рассказывали о том, как биометрия помогает снизить число опасных ситуаций на дорогах. Кроме того, мы сообщали о том, что ИИ научился прогнозировать аварии там, где они ещё не произошли.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Источник: Вести

18:52
RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!
Загрузка...
TalknetworkRU Контакты:
Адрес: Строителей, 14/1-118 169711 Усинск,
Телефон:+7 82144 4–66–77, Факс: +7 82144 4–66–77, Электронная почта: [email protected]