Puente de Tacoma Narrows
A menudo damos por sentadas la construcción de puentes y la seguridad. Eso es, quizás, hasta que veamos un colapso ante nuestros ojos.
El 1 de julio de 1940, el puente Tacoma Narrows se abrió al público en Washington. Era un puente colgante que se extendía por Tacoma Narrows Straight de Puget Sound. Este puente fue el tercer puente colgante más grande del mundo para su época.
Durante la construcción, el puente había ganado el apodo de ‘Gertie Galopante’ debido a la forma en que se balanceaba y doblaba con el viento. Este balanceo en forma de ola finalmente se convirtió en su caída cuando el puente se derrumbó el 7 de noviembre de 1940 durante una tormenta de viento, apenas cuatro meses después de que se completara su construcción.
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En ese momento, el puente Tacoma Narrows se había construido para ser el puente más flexible jamás construido; Entonces, ¿cómo terminó una tormenta de viento derribando todo? Para entender eso, necesita saber un poco sobre cómo funcionan la frecuencia de resonancia y los osciladores, y eso es lo que aprenderemos en esta lección.
Movimiento armónico
Antes de aprender sobre la frecuencia de resonancia y lo que tiene que ver con el desastre del puente Tacoma Narrows, primero debemos comprender algo llamado movimiento armónico. Cuando tienes un objeto que oscila periódicamente hacia adelante y hacia atrás, decimos que está experimentando un movimiento armónico .
Bomba de Freno: Qué es, Características y Funcionamiento
Un gran ejemplo de un objeto que experimenta un movimiento armónico es un resorte que cuelga libremente con una masa adherida a él. La masa hace que el resorte se estire hacia abajo, hasta que finalmente el resorte se contrae hacia arriba para volver a su forma original. Este proceso sigue repitiéndose y decimos que el resorte está en movimiento armónico.
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Si miras un video del puente Tacoma Narrows, puedes ver que estaba oscilando antes de colapsar. Aunque la física de una gran estructura oscilante es mucho más compleja que el ejemplo de la primavera, ambos caerán bajo los mismos conceptos básicos. Estaba experimentando un movimiento armónico como un resorte con una masa adherida a él.
Amortiguado versus impulsado
Hasta ahora nos hemos centrado en las similitudes entre la oscilación del puente Tacoma Narrows y el resorte con una masa adjunta, pero también hay una diferencia importante entre las dos situaciones.
El resorte con la masa adherida eventualmente se ralentiza y deja de oscilar; sin embargo, este no es el caso del puente Tacoma Narrows. Simplemente sigue oscilando con el viento hasta que literalmente se deshace. La razón por la que el resorte se detiene y el puente no tiene que ver con el tipo de movimiento armónico que experimentan.
El resorte con una masa adherida a él experimenta un movimiento armónico amortiguado. Un oscilador armónico amortiguado es aquel que pierde energía constantemente. En muchos casos, esta energía se pierde debido a la fricción, la resistencia del aire o una combinación de ambos. Este es el caso de nuestro resorte, porque pierde energía lentamente por la resistencia del aire y la fricción hasta que deja de oscilar por completo.
¿Qué es la transformación de la energía?
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En lugar de estar amortiguado, el puente Tacoma Narrows experimentó un movimiento armónico impulsado. Un oscilador armónico accionado recibe energía de alguna fuente externa. En el caso del puente Tacoma Narrows, era el viento el que le agregaba energía para mantenerlo oscilando. Sin el viento que lo mantuviera en marcha, el puente habría sido un oscilador amortiguado y, finalmente, se ralentizó hasta detenerse al igual que el resorte.
Colapso del puente de Tacoma Narrows
Ahora bien, el día en que se derrumbó el puente Tacoma Narrows no fue el primer día que el viento hizo que oscilara, de ahí el apodo que se le dio a Galloping Gertie antes de que la construcción terminara. Entonces, ¿qué fue diferente sobre el día en que el puente se separó? Ese día, el viento estaba impulsando continuamente el puente para oscilar a su frecuencia natural.
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Cada objeto tiene una frecuencia natural a la que le gusta vibrar. Cuando el viento hace que el puente oscile a su frecuencia natural, decimos que están en resonancia . Esto hace que se amplifiquen las oscilaciones del puente.
En este caso, las oscilaciones del Tacoma Narrows Bridge se amplificaron tanto y durante tanto tiempo que su estructura no pudo soportar el movimiento. A medida que las oscilaciones crecieron demasiado, el puente se partió y cayó al río.
Resumen de la lección
Dediquemos un par de momentos a revisar lo que hemos aprendido sobre la física de la resonancia y un famoso caso histórico de este hecho.
Turbo en Motores: Qué es, Características y Funcionamiento
En 1940, el puente Tacoma Narrows en Washington se derrumbó durante una tormenta de viento apenas cuatro meses después de haber terminado su construcción. Justo antes del colapso, se pudo ver que el puente estaba oscilando en movimiento armónico , que es cuando tienes un objeto oscilando hacia adelante y hacia atrás periódicamente. Aunque el puente fue construido para ser extremadamente flexible, estas oscilaciones resultaron ser demasiado para que el puente las manejara.
La razón por la que se derrumbó el puente tuvo que ver con un par de factores. Primero está el tipo de movimiento armónico que estaba experimentando. El puente estaba actuando como un oscilador armónico impulsado porque la tormenta de viento agregó energía al puente que lo mantuvo oscilando continuamente. Sin este viento continuo, el puente habría sido un oscilador armónico amortiguado que pierde lentamente su energía y deja de oscilar con el tiempo.
El segundo factor que provocó el colapso del puente tuvo que ver con la frecuencia a la que el viento hizo que el puente oscilara. El viento continuo hizo que el puente se moviera a la frecuencia natural que ‘le gusta’ oscilar. Cuando un objeto es impulsado a oscilar a su frecuencia natural, decimos que él y su fuerza impulsora están en resonancia . En este punto, se amplificarán sus oscilaciones. Esta amplificación hizo que el puente se moviera tanto que se separó.
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