In juli 1940 werd in de staat Washington in de Verenigde Staten de Tacoma Narrows Bridge opengesteld voor verkeer. Nog geen vier maanden later stortte de brug in doordat het wegdek van de brug hevig begon te trillen. Ook toen in 1996 de Erasmusbrug net geopend was, bleek dat het wegdek bij windkracht 6 begon te slingeren waardoor de brug een gevaar werd voor het wegverkeer. Dit had zelfs tot gevolg dat de brug tijdelijk gesloten is geweest voor verkeer.

Resonantie

Het komt vaak voor dat tuibruggen als de Tacoma Narrows Bridge en de Erasmusbrug te maken krijgen met een slingerend wegdek. Oorzaak hiervan is dat de tuidraden door de wind in trillingworden gebracht. Normaalgesproken levert dit geen problemen op, maar bij bepaalde windsnelheden is het mogelijk dat de tuidraden in hun eigenfrequentie worden aangeslingerd waardoor resonantie optreed. Wanneer die bepaalde windsnelheid lang genoeg aanhoudt, gaan de tuidraden steeds erger trillen waardoor uiteindelijk het hele wegdek aan het slingeren wordt gebracht.

Von Karman Wervelstraat

Het feit dat de tuidraden van een brug door de wind in resonantie kunnen worden gebracht, heeft te maken met de wervels die achter de tuidraad ontstaan. Deze werveling noemen we de zogenaamde "Von Karman wervelstraat". Wanneer deze wervelstraat precies dezelfde frequentie heeft als de eigenfrequentie van de tuidraden zal resonantie optreden. Het is leuk een kleine proefopstelling te bouwen en experimenten te doen met deze wervels en met resonantie.

Voorspellen

Iedere ontwerper zal in zijn ontwerp natuurlijk rekening proberen te houden met het bovenstaande fenomeen. Toch blijkt in de praktijk dat het erg lastig is om al tijdens het ontwerpproces te voorspellen wat de eigenfrequentie van de tuidraden zal zijn en welke windkracht daardoor eventueel voor problemen kan zorgen. Ook is het mogelijk dat bij nat weer waterdruppels aan de tuidraden blijven plakken, waardoor het profiel en daarmee de eigenfrequentie van de tuidraden verandert. Dit maakt het nog moeilijker te voorspellen wat in de praktijk zal gebeuren.

onderzoeksvragen

Wervels
Hoe kan de frequentie van een werveling achter een tuidraad worden bepaald en welke natuurkundige grootheden zijn hier allemaal voor nodig?

Preventie
Welke technieken worden toegepast om er voor te zorgen dat een brug niet te hard gaat trillen als gevolg van resonantie?

Voorspellen

Hoe kan de eigenfrequentie van een tuidraad worden voorspeld?