Домашние животные не должны питаться, как мы
Почему?
24.12.2021
Университет Лобачевского
1
9 975

Вопреки распространенному мнению, колебания мостов объяснили несинхронными движениями пешеходов

5.1

Международная команда ученых во главе с профессором Университета штата Джорджия (США), заведующим лабораторией динамического хаоса Института информационных технологий математики и механики ННГУ имени Н. И. Лобачевского Игорем Белых доказала, что пешеходы могут раскачать мост, даже если они двигаются несинхронно и с разными скоростями.

Лондонский мост Миллениум / ©Getty images

Модель колебаний построили на примере Лондонского моста Миллениум. В 2000 году во время торжественного открытия на нем находились одновременно около 2000 пешеходов. Их движения вызвали колебания моста. Следуя распространенному представлению о колебательных системах, специалисты решили, что частота движений людей и моста совпала, это и вызвало резонанс. Тогда мост укрепили дополнительными демпферами – конструкциями, которые гасят колебания – и открыли мост заново.

Однако, по результатам исследования команды Игоря Белых, раскачать мост могут не только люди, идущие в ногу, но и большое число пешеходов, которые двигаются вразнобой. Ученые создали математическую модель, которая показала, что колебательная система «мост-люди» потеряла баланс из-за того, что пешеходы двигались, пытаясь сохранить равновесие. В этом случае люди инстинктивно опираются кто-то – на правую, кто-то – на левую ногу. Вопреки ожиданиям, эти движения не нивелируют друг друга, а наоборот, складываются в энергию, которая может передаться мосту и усилить его колебания.

Автор исследования, профессор Университета штата Джорджия (США), заведующий лабораторией динамического хаоса Института информационных технологий математики и механики ННГУ имени Н.И. Лобачевского Игорь Белых объясняет: «Мы все знаем с детства, 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 еще 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 – не причина колебаний моста, а их следствие. Что и произошло в случае Лондонского моста».

Работа опубликована в декабре в журнале Nature Communication издательской группы Nature. Исследование было выполнено в Лаборатории динамического хаоса кафедры теории управления и динамических систем ИИТММ ННГУ при поддержке гранта министерства науки и образования РФ. Соавторами Игоря Белых выступили британские ученые из Университета Кембриджа, Бристоля и Лейстера.

Важную роль сыграли наблюдения профессора гражданского строительства Бристольского университета Джона Макдональда. Ученый обнаружил, что во время фиесты воздушных шаров на мосту Клифтона в Бристоле группы людей без синхронизации шагов спровоцировали его колебания.

Все эти наблюдения и подтверждающие их математические модели лягут в основу авторской методики расчета параметров мостов. Она может быть использована для их проектирования и дизайна. Ученые планируют внедрить эти подходы в стандартный пакет программ, которым пользуются сегодня мостостроители всего мира.

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

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

Следующая цель ученых – создать формулу расчета критического числа пешеходов и диапазона опасных частот для заданного моста. Задачу будут решать силами лаборатории динамического хаоса ИИТММ ННГУ, в том числе с использованием суперкомпьютера «Лобачевский».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Нижегородский государственный университет имени Н.И. Лобачевского - крупнейший вуз Нижегородской области. Основан 17 января 1916 года. За более чем столетнюю историю в Университете Лобачевского сложились крупные научно-исследовательские институты, научно-образовательное сотрудничество с Российской Академией наук. Вуз является ядром Нижегородского НОЦ "Платформа 2035". ННГУ развивает классические и инновационные научно-образовательные направления, такие как информационные технологии, биомедицина, киберпсихология и многие другие.
2 часа назад
Оксана Шолохова

Ученые показали, что ограничения движения негативно влияют на творческое мышление.

Позавчера, 18:14
Илья Ведмеденко

В России завершили заводские испытания малого ракетного корабля проекта 22800. Его построили для Черноморского флота. Такие МРК несут широкий набор вооружений, включая универсальный ракетный комплекс с «Калибрами».

Позавчера, 12:55
Василий Парфенов

Один из основных приборов готовящегося к полету аппарата Europa Clipper получил «первый свет» — так называют первое включение инструмента в рабочем режиме. Инфракрасная камера E-THEMIS в качестве теста работоспособности сделала панораму города Темпе в штате Аризона. «Космический глаз» межпланетного зонда запечатлел земной урбанистический пейзаж за два года до начала миссии и за целых восемь лет до прибытия в систему Юпитера.

2 часа назад
Оксана Шолохова

Ученые показали, что ограничения движения негативно влияют на творческое мышление.

10 января
Илья Ведмеденко

Тринадцатого января, в 18:25 по московскому времени, должен состояться запуск ракеты-носителя Falcon 9 Block 5 с украинским спутником «Сич-2-30» и другими космическими аппаратами. Трансляция будет доступна на нашем сайте.

10 января
Алиса Гаджиева

Два шлема с рогами, которые были единственным археологическим подтверждением мифа о том, что воины Северной Европы носили на головах эти сомнительные изделия, относятся к бронзовому веку.

26.12.2021
Александр Березин

Российская тяжелая ракета имеет все шансы взлететь после Starship, хотя ее начали создавать на 20 лет раньше, да и по параметрам она радикально уступает детищу Илона Маска. Попробуем разобраться, почему любая попытка создать классическую ракету в наши дни — пустая трата времени и средств. А заодно дать ответ на вопрос, какую космическую ракету на самом деле стоит создавать России.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

19.12.2021
Александр Речкин

Корпорация Илона Маска с 2012 года разрабатывает космический корабль, который может изменить правила игры в космической отрасли. Starship, как его называют, должен стать многоразовой транспортной системой, способной доставить на Красную планету до 100 человек за раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

3 недели назад
-
0
+
"Нет надежной альтернативы значительному демпфированию мостов." Ну, вероятно, это подозревалось и ранее, т.к. если мне не изменяет память, стандартный запас прочности для любых конструкций, связанных с перемещением по ним, с их помощью или под ними людей, является десятикратным, для перемещения грузов - пятикратным.
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: