바람이 불기만 했는데 다리가 무너지는 현상은 왜 발생하는 것인가요?

Question

해외 뉴스 기사를 보다보니 바람이 불기만 했는데 갑자기 다리 중간이 부서지는 영상을 보았습니다.

바람이 강하게 분것도 아니고 약하게 불었는데 다리가 무너지는 현상은 왜 발생하는 것인가요?

해외에서는 음파에 의한 파괴라고 하던데 도대체 이러한 음파로 인한 파과가 어떻게 발생할 수 있는 것인가요?

Answer 1

안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.

해외 뉴스에서 바람에 의해 다리가 무너지는 영상을 보셨군요. 음파에 의한 파괴라는 이야기를 들으셨을 것 같은데 이 음파로 인해 다리가 무너지는 것은 어떻게 발생하는지 궁금하신 것 같아요.

음파는 소리의 파동을 말합니다. 소리는 공기 분자들이 진동하면서 전파되는데 이 때 공기 분자들이 서로 밀어내고 당기는 힘이 작용하게 됩니다. 이 힘은 소리의 진폭과 주파수에 따라 달라지며 특히 주파수가 높을수록 힘이 강해집니다.

다리가 무너지는 경우 바람이 강하게 불어서 공기 분자들이 많이 진동하게 되면서 음파의 주파수가 높아집니다. 이 때 다리의 구조물도 공기 분자들의 진동에 영향을 받게 되는데 만약 다리의 구조가 약하거나 손상되어 있으면 음파의 힘에 의해 무너지게 됩니다.

그리고 음파는 공기 분자들이 진동하는 파동이기 때문에 다리의 구조물에 직접적인 충격을 주는 것이 아니라 다리의 구조물과 공기 분자들 사이에서 발생하는 마찰력으로 인해 파괴가 발생할 수도 있습니다. 이러한 이유로 음파는 다리의 무너짐에 영향을 미칠 수 있습니다. 감사합니다.

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Answer 2

안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.

강철.콘크리트를 포함해 이 세상 모든 물체는 저마다 고유한 진동을 가지고 있다. 예를 들어 같은 진동수를 갖는 소리굽쇠 둘을 연이어 놓고 한쪽 소리굽쇠를 치면 다른 한쪽도 같이 울리게 된다. 한쪽을 계속 반복해 친다면 다른 쪽의 진폭은 점점 커지게 된다. 그러나 다른 진동수를 가진 것을 놓을 경우 같은 실험에 소리굽쇠는 진동하지 않는다.

타코마교 붕괴에서도 이런 원리가 적용됐다. 양쪽 교각에 연결한 케이블에 다리가 매달려 있는 형태인 이 다리는 바람이 불 때마다 약간의 흔들림이 생겼다. 그런데 공교롭게도 이 진동이 다리 자체의 고유한 진동과 일치하는 바람에 움직임이 점점 커지면서 결국 붕괴로 이어졌던 것이다. 그렇다고 요즘 한강을 건널 때 바람의 공명 때문에 다리가 무너질 걱정을 할 필요는 없다. 이 사건을 계기로 이후 건설하는 다리는 모두 설계 단계부터 이에 대한 보완을 철저히 하고 있기 때문이다.

Answer 3

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

다리가 무너진 현상은 음파보다는 공명현상에 의해 무너진겁니다 바람이 약하게 불어도, 다리의 형태와 크기에 따라 공기의 흐름이 일정한 주기를 가지고 발생할 수 있습니다. 이러한 주기와 다리의 고유 진동수가 일치하면, 다리는 공명 현상을 일으키며 강하게 진동하게 됩니다. 이 진동이 반복되면, 다리의 구조가 약해져 결국 무너지게 됩니다

Answer 4

안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.

공진 현상에 의해서 다리가 무너질 수 있습니다. 공진은 자연계에 존재하는 보편적인 현상입니다.

모든 구조물은 고유 진동 주파수를 가지고 있습니다.

우연에 의해서, 그 고유 진동 주파수와 동일한 주파수의 음파나 신호가 구조물에 전해지면

고유진동 주파수와 외부 유입주파수가 동일한 경우에 작은힘을 주었음에도, 구조물은 큰 진동을 겪게 됩니다.

결국은 구조물의 약점이 점점 더 약해져서 건물과 다리가 무너지게 되는것입니다.

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