Kāpēc 1940. gadā sabruka Tacoma Narrows tilts?

Rezonansē ir ārējs periodisks spēks, kura frekvence sakrīt ar konstrukcijas pašfrekvenci, piemēram, soļojošu kājnieku ritms uz tilta. Flaterī ārēja periodiska spēka nav vispār: ir tikai vienmērīga gaisa plūsma, un pati konstrukcijas kustība maina spēkus tā, ka tie kustību uztur un pastiprina. Inženiertehniski to sauc par negatīvu aerodinamisko slāpēšanu.

Praktiskais tests ir kritiskais ātrums. Rezonanse pazūd, ja ierosmes frekvence mainās; flateris sākas, kad plūsmas ātrums pārsniedz konkrētai konstrukcijai raksturīgu robežu, un virs tās amplitūda aug neatkarīgi no tā, cik vienmērīgs ir vējš. Tieši tāpēc Tacoma Narrows sabruka mērenā, bet stabilā vējā, nevis vētrā ar brāzmām.

Šis tilts ir visbiežāk citētais rezonanses piemērs fizikas stundās, arī Latvijā. Mīts ir noturīgs, jo video izskatās tieši kā rezonanse un jo skaidrojums ir vienkāršāks. Rezultāts ir tāds, ka daudzi inženierzinātņu studenti stāstu iemācās nepareizi un pēc tam to labo augstskolā.

Cena nav tikai akadēmiska. No pareizas diagnozes izriet pareizi risinājumi: pret rezonansi palīdz masas vai stinguma maiņa un slāpētāji, bet pret flateri palīdz šķērsgriezuma forma, proti, tas, kā vējš plūst ap brauktuvi. Ja problēmu nosauc nepareizi, tiek izvēlēts nederīgs risinājums.

Latvijā nav tik garu piekaramo laidumu, taču vēja iedarbe uz tiltiem tiek aprēķināta pēc Eiropas būvnormatīviem jeb eirokodeksiem ar Latvijas nacionālo pielikumu, kurā noteikti vietējie vēja ātruma dati. Vanšu tiltiem, kāds ir Rīgas Vanšu tilts, atsevišķa problēma ir pašu vanšu svārstības, tostarp lietus un vēja kopīgi ierosinātas, un pret tām lieto trošu slāpētājus un virsmas apstrādi.

Valsts autoceļu tiltu tehnisko stāvokli un apsekojumus pārrauga valsts ceļu pārvaldītājs, un tieši regulāra apsekošana, nevis dramatiskas avārijas, ir tas, kas nosaka tiltu drošību ikdienā. Gājēju tiltiem savukārt aktuālāka par vēju parasti ir cilvēku soļu ierosinātā šūpošanās, un tā jau tiešām ir rezonanses uzdevums.

Sabrukuma apstākļi, oriģinālie uzņēmumi un izmeklēšanas materiāli ir publicēti Vašingtonas štata transporta departamenta vēstures sadaļā, un universitāšu arhīvos glabājas Fārkharsona filmētais materiāls, kas ir galvenais pierādījums par kustības raksturu.

Ja jautājums ir par konkrētas konstrukcijas drošību, to vērtē sertificēts būvinženieris ar būvkonstrukciju kompetenci, nevis vispārīgs apraksts. Dinamiskie aprēķini garajiem laidumiem ir atsevišķa specializācija.