Zhangjiajie glasbro, Kina. (MediaProduction/Getty Images) Du har måske oplevet en foruroligende mængde svaj og vaklen, hvis du har været på en bro med et stort antal fodgængere, der rejser over den på samme tid. Nu har vi en fascinerende ny forklaring på, hvad der forårsager denne bekymrende bevægelse i strukturen.
Indtil nu gik tankegangen som følger: folk falder i takt med hinanden, mens de går, hvilket forårsager en synkroniseret penduleffekt, når alle bevæger sig fra venstre fod til højre fod og tilbage igen. Dette er kendt som Kuramoto model .
Den nye hypotese fremlægger dog bevis for, at brooscillationer kan begynde med, at mange fodgængere går med deres egen individuelle rytme i stedet. Så, når svajningen begynder, forsøger hver person at holde sig oprejst, og disse justeringer destabiliserer broen endnu mere.
'Tænk på passagerer, der går på en båd, der vugger side til side i et stormfuldt hav,' siger matematiker Igor Belykh , fra Georgia State University.
'De vil tilpasse deres bevægelse både sideværts og fremad som reaktion på bådens rystelser. Især vil de bremse deres fremadgående bevægelse.'
Overførslen af energi til broen fra fodsporene og den efterfølgende vugging af broen er et eksempel på negativ dæmpning – meget små vibrationer, der giver meget større slutresultater. Forskerne sammenligner det med en rusten gynge på en legeplads, der i sidste ende kan fås til at flytte sig, hvis nok mennesker sætter kræfter på den.
Holdet knuste tallene ved hjælp af observationer af forskellige brosvingende hændelser, eksperimenter og modellering for at nå deres konklusioner, selvom nogle hændelser blev registreret mere detaljeret end andre. Få af optegnelserne nævnte fodgængere, der gik synkront.
Det var Millennium Bridge i London – som lukkede i to år på grund af overdreven slingre – der blev brugt som det primære casestudie til at fremsætte Kuramoto-modellen som en forklaring. Videoanalyse viste virkelig, at fodgængeres hoveder og torsoer bevægede sig sammen, som en bølge af momentum.
Millennium Bridge, London. (Johan Mouchet/Unsplash)
'Denne forklaring var så populær, at den har været en del af den videnskabelige tidsånd,' siger Belykh .
En anden velkendt hændelse med brosvajning fandt sted i 2003, da et blackout på østkysten fik så mange mennesker til at gå over Brooklyn Bridge i New York, at den begyndte at svinge betydeligt. Fodgængere rapporterede at de følte sig søsyge og ude af stand til at holde balancen hvis de stod stille.
I løbet af deres beregninger fandt forskerne ud af, at broer generelt sandsynligvis er mere sårbare over for svaj end tidligere antaget.
For yderligere at understøtte forklaringen om, at naturligt varierende fodtrin frem for synkroniseret gang forårsager denne effekt, ønsker forskerne at arbejde mere med bevægelsen af mennesker i menneskemængder.
Som tidligere arbejde fra holdet har skitseret, er der en tærskel for hver bro, hvorefter svingninger begynder (det er i øvrigt omkring 165 personer til Millennium Bridge). I fremtiden kunne ingeniører finde ud af dette på forhånd og justere deres design efter behov, selvom det ikke er let at beregne.
'Brodesignere bør være opmærksomme på, at der altid kan være farlige tilfælde af negativ dæmpning,' siger Belykh .
'Vores formel giver nyttige skøn, givet det forventede antal fodgængere, der bruger en bro.'
Forskningen er publiceret i Naturkommunikation .