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    Neue Studie hinterfragt populäre Erklärung für Londons berüchtigte „Wobbly Bridge“
    Vor 5 Tagen und 23 Stunden

    „Das Schütteln verursacht die Synchronisierung, anstatt dass die Synchronisierung das Schütteln verursacht.“
    Die Millennium Bridge in London ist berüchtigt für ihr „Wackeln“, als sie im Juni 2000 zum ersten Mal eröffnet wurde, als Tausende von Fußgängern hinüberströmten. Die Londoner nannten sie "Wobbly Bridge". Die akzeptierte Erklärung war, dass das Schwanken auf eine seltsame Synchronität zw

    Diese Erklärung stellt sich jedoch als etwas komplizierter heraus, wie aus einem kürzlich in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichten Artikel hervorgeht. „Diese [alte] Erklärung war so beliebt, dass sie Teil des wissenschaftlichen Zeitgeists war“, sagte Co-Autor Igor Belykh, Mathematiker an der Georgia State University. „Unsere Arbeit zeigt, dass sehr kleine Vibrationen von jeder gehenden Person erheblich verstärkt werden können.“ Die Leute passen ihre Schritte an, um ihr Gleichgewicht als Reaktion auf das Wackeln zu halten, was die Sache nur noch schlimmer macht. Irgendwann wird die Brücke instabil.

    Wie wir bereits berichtet haben, ist dieses Phänomen nicht auf die Millennium Bridge beschränkt: Ein Schild aus dem Jahr 1873 an der Londoner Albert Bridge warnt Militärtruppen, ihre üblichen Gleichschrittbewegungen beim Überqueren zu unterbrechen, da die Brücke normalerweise wackelt und wackeln – daher der Spitzname „The Trembling Lady“. Andere ähnliche „instabile“ Brücken sind die Clifton Suspension Bridge in Bristol, Großbritannien, die Squibb Park Bridge in Brooklyn, New York und die Changi Mezzanine Bridge am Flughafen von Singapur. p>

    Weiterführende Literatur

    Neue Studie gibt Aufschluss darüber, warum die Millennium Bridge ins Wanken geraten ist

    Im Laufe der Jahre wurden viele verschiedene Ansätze verfolgt, um diese faszinierenden Dynamiken zu untersuchen, einschließlich einer laborbasierten Laufband-Nachbildung der Menschen, die über die Millennium Bridge gehen, von Allan McRobie, Ingenieur der Universität Cambridge. (McRobie ist Co-Autor des neuen Papiers.) Der Mathematiker der Cornell University, Steven Strogatz, hat zusammen mit McRobie und zwei anderen einen wegweisenden Nature-Artikel aus dem Jahr 2005 verfasst, in dem die Dynamik der Millennium Bridge als schwach gedämpfter und angetriebener harmonischer Oszillator modelliert wurde.

    Die Albert Bridge zwischen Chelsea und Battersea in London, ca. 1885. Sie wurde "The Trembling Lady" genannt, weil sie beim Marschieren der Soldaten zitterte.Vergrößern / Die Albert Bridge zwischen Chelsea und Battersea in London, um 1885. Sie erhielt den Spitznamen "The Trembling ." Lady" wegen ihrer Neigung zu zittern, wenn Soldaten über die Brücke marschierten. Hulton Archive/Getty Image

    Laut Strogatz wurde die Brücke von den Fußgängern beim Überqueren dazu getrieben, seitwärts zu schwanken. Ihre periodischen Schritte pumpten Energie in die Brücke und bewirkten, dass sie sich von einer Seite zur anderen bewegte, was wiederum dazu führte, dass die Menschen ihre Gangarten an die Bewegung der Brücke anpassten. Im Laufe der Zeit gerieten die Fußgänger ungewollt ineinander und ließen die Brücke dadurch noch stärker wackeln. Die spontane Synchronität der Menge war ähnlich wie beim hochsynchronisierten Aufblitzen von Glühwürmchen oder dem Feuern von Neuronen im Gehirn.

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    Aber diese ursprüngliche Erklärung war unvollständig. „Der anfängliche Impuls, den viele Forscher hatten, als sie sich mit diesem Problem befassten, war, dass es um kollektives Verhalten ging“, sagte Varun Joshi, ein Biomechaniker an der University of Michigan, gegenüber Ars. „Dies basierte auf der Anwesenheit mehrerer Fußgänger und der scheinbaren Synchronisation zwischen ihnen, wie in Videos beobachtet. Die von echten Brücken gesammelten Daten zeigten jedoch in vielen Fällen einen Mangel an Synchronisation. Dies führte zu vielen experimentellen Arbeiten, die die individuelle menschliche Reaktion untersuchten auf geschüttelten Laufbändern, auf der Suche nach einem "negativen Dämpfungseffekt" von Einzelpersonen. Die Hoffnung war, dass der skalierte Effekt der negativen Dämpfung (auch ohne Anpassung an die Anwesenheit anderer Personen) das Phänomen erklären würde."

    Simulierte Zahlen zeigen den grundlegenden Mechanismus, der einem negativen Dämpfungseffekt zugrunde liegt.Vergrößern / Simulierte Abbildungen zeigen den grundlegenden Mechanismus, der einem negativen Dämpfungseffekt zugrunde liegt.Igor Belykh et al., 2021

    Als Joshi an der Ohio State University war, simulierten er und sein Co-Autor Manoj Srinivasan die Biomechanik großer Menschenmengen, die auf einer Brücke gehen Oberfläche. Ihre Ergebnisse legten nahe, dass möglicherweise nicht einmal eine Synchronisation erforderlich ist, um das Zittern zu verursachen. Das verbesserte Modell hat einige Phänomene korrekt vorhergesagt, die das Modell von 2005 nicht berücksichtigen konnte, wie das Wackeln von Fußgängerbrücken selbst ohne Massensynchronität. Außerdem treten das Einsetzen der Massensynchronität und das Einsetzen des Brückenwackelns nicht gleichzeitig auf. Sie treten bei unterschiedlicher Anzahl von Fußgängern auf.

    Diese neueste Studie baut auf einer Studie von Belykh et al. aus dem Jahr 2017 auf und verwendet biomechanisch inspirierte Modelle, die auf einem umgekehrten Pendel basieren, um die seitliche Bewegung von Menschen sowie die Vorwärtsbewegung zu imitieren. Dies zeigte einen "Schwelleneffekt" oder einen Wendepunkt. Während die weit verbreitete Ansicht war, dass die Brücke umso stärker wackeln würde, je mehr Fußgänger sich auf der Brücke befanden, stellten sie fest, dass mehr Fußgänger wildere Schwingungen erzeugten – jedoch nur für Menschenmengen über einer kritischen Größe. Beispielsweise führen 164 Personen auf der Millennium Bridge nicht zu Erschütterungen, aber das Hinzufügen einer weiteren Person wird den Ausschlag geben.

    Sie haben auch eine mathematische Formel entwickelt, die verwendet werden könnte, um die kritische Menschenmenge abzuschätzen, bei der jede beliebige Brücke würde anfangen zu wackeln. Das neue Papier verfeinert diese Formel weiter, basierend auf Daten, die von 30 verschiedenen Brücken gesammelt wurden. Belykh und Kollegen kamen zu dem Schluss, dass die synchronisierte Fußbewegung von Fußgängern nicht die Hauptursache für das Auftreten von Brückenvibrationen sein muss. Brücken können auch dann ins Wackeln geraten, wenn keine Synchronisation zwischen den Fußgängern stattfindet. Die Fußgängersynchronisation verschlimmert die Schwingungen, verursacht sie aber nicht.





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