神奇的卡门窝街!还记得近日深圳一座大厦出现晃动的事情吗?尽管专家还没得出定论,但目前推测主流是风引起的共振。虽然很多超高建筑以及对大风天摇摆的高楼习以为常,比如世界第一高楼哈利法塔,八百二十八米高的楼顶处,晃动幅度可达两米。而且这风并不需要有多强劲,只要 形成一种特殊的窝旋效应,卡门窝结即可。自然界中的卡门窝结是挺漂亮的,但也容易惹祸,这也是咱们很多交通工具设计成流线型的主要原因。当然也有减轻震动的方法,那就是给高层建筑安装一个安全气囊、阻尼器,又或者在楼梯上开动,给风让道。
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惊慌失措的人群,地上遗落的拖鞋没有倾斜,没有地震。好端端的赛格大厦为什么会连续三天摇晃?其实跟虎门大桥晃动原因类似,是由卡门窝间引起的共振。人类 第一次意识到卡门窝街的严重危害,是在一九四零年,塔克玛海峡吊桥事故建成仅四个月,就因有一场风速为十九米每秒的微风发生了共振,像海浪一样猛烈波动,桥面一度倾斜到四十五度,最后轰一声倒塌。 当两个物体频率越接近,产生的幅度会越大。这座世界上最高的钢管混凝土结构大厦,赛格大厦抗压性极强,而 当风绕过楼,形成一节又一节的蜗牛打在楼上时,使得两者的震动频率相近,大楼就晃了起来。有效的解决方法就是安装阻尼器,既能提高防风能力,还能为电梯供电。 这种深圳地标性建筑的每一次晃动,牵动着无数人的心,希望一代代工程师能吸取教训,让每一栋楼都稳住不慌。

这个卡农窝街啊,其实是非常常见的一种自然界的现象,比如说水流过桥墩,风吹过高楼,吹过烟囱的时候, 都会形成卡门窝结。大家看啊,简单的说,就是桥墩挡住了水流,水会从两边流过去,一开始的时候呢,还是直线,可是流着流着哎,就会出现漩涡。而且这些旋涡啊,方向是相反的,是有规律的。两列, 看起来跟艺术品一样美。那么在运动的过程当中呢,还会相互的干扰图案呢,会变得越来越漂亮, 这有什么稀奇的呢?一般情况下是没有问题的。但如果这个波纹跟物体的频率接近的话,就会引起共振,甚至会毁坏物体。比如说损坏大桥的桥墩呢。还有咱们修建的那些高楼,都有 可能被封的卡门窝揭毁坏。再说回封卡门教授最得意的那三个中国学生,钱学森,被誉为中国航天之父,导弹之父,曾经获得两弹一星的功勋奖章。 而第二位呢,叫做钱伟长,他是我们中国近代的力学之父。而另外一位郭永怀,同样是中国近代力学的奠基人之一,同样被追授了两弹一星的功勋奖章。 可为什么是追兽呢?一九六八年,郭永怀带着第二代核导弹的一份绝密资料从青海返回北京,飞机坠毁了。 人们赶到事故现场的时候,发现他与警卫员的遗体紧紧的抱在一起,身体都已经烧焦了,可是花了很大力气才把他们分开。而装有绝命 文件的公文夹,就夹在他们两个人的中间。郭永怀牺牲二十二天之后,我国首颗热核导弹成功试爆,使他们用毕生所学请起了新中国的脊梁。 一九六三年,八十二岁的冯卡门因病去世。他的学生遍布世界,不分国籍,被称为卡门科班。

朋友们,大家好,天气琢磨法第九十三期又跟大家见面了。呃,咱们今天的话题啊是又到 呃冷流降雪季,哈哈哈。呃,我们看这个,今天的这个天气阴沉沉的啊, 这个这个地方没有降水,也没有下雪啊,但是我们看这个海上啊,啊,无论是这个渤海、东海、黄海还是日本海,这个都是 这个冷流云系。哈哈,我们说是冷流云系啊,那么这个南北向排列啊,那么一个圆个的,一个圆个的啊,这个有一种叫法叫卡门窝裂啊,那么这种 哎,云系呢,被称作冷流云系。为什么叫冷流云系呢?哎,就是这个强冷空气南下造成的啊,他在一个地方, 这个吹起一个,这个都流云了,哈哈,这个然后呢,云我向前传播啊,你往哪走,他就往哪传播,哈哈哈,那从北往南走,他肯定就是从北往南传播了啊。啊,所以这个一溜一溜的,就像那个飞机尾气一样啊,辣的一条 一条又一条,哈哈。呃,很是壮观啊。哎,那么为什么会产生这样一种现象呢?哎, 那么特别在这个秋冬季节啊,容易产生这样的天气。呃,主要的原因就是这个。呃,海水温度和这个冷空气, 这个低温,哈哈。呃,碰撞产生的,我们说还是温度,现在还是温度是多少呢啊,今年的还是温度有点高啊,到这个季节了,还没有降下去啊。我们看 这个渤海还有一条十四度的海水温度线,哈哈,日本海最高的有二十度的啊,是十二度到 二十度之间啊,这个黄海,那也是十六度到十八度啊,那么再往这个东海,那就是更高了,二十度以上啊。 哦,这个温度是相当高的,和我们现在感觉我们穿的衣服哈,是不是差距很大啊?也就是说到了秋冬季节,不但得有冷空气南下 啊。你这个空气温度啊,降的很快,但是水温降的很慢,水的热容量大吗?是吧,他这个降的很慢。那好了,你现在 这个水温这么高,气温是多少哎,我们看这个气象上用百帕衡量啊,我们看在这个九百二十五百帕图上啊,得不到一千米啊。 哈哈。这个高度上温度是多少呢?哦,这个零度线已经到了哎,从日本哎,到这个山东南部,这这这样画下来了。哦,那这往北全是 零下了啊。到了大连这些地方,日本海贼那么零下十几度了,十二度线啊,从那过了是吧。哦,这就好了, 一个是零下十来度啊,十几度,一个是零上十几度哦,在这么这个垂直方向,这么短的距离呢, 差了二十多度,二三十度。我这个差是太过分了啊。我们说夏季的时候那个雷阵雨,就是因为这个温差造成你这个季节呢, 然后他就呃,冷空气下来,容易激发这个海上一个一个的对流泡,哈哈,我们刚才说的是卡门窝裂啊。哎,这就是冷流降水的哎, 形成的原因啊,就是大气垂直极不稳定啊,是这样造成的。只有这个季节,等这个到了深冬或者这个后冬, 海水温度降得很低了,冷空气再来,和他差不多了。那那那那,或者说有个十来度的茶,他可能也不至于再产生这样的天气。 哎,我们说这个大家可能都听说啊,说烟台和威海是个雪窝子,哈哈,为什么是个雪窝子啊?他出了港的,我们说的这 条件,从渤海湾过来的这个卡门窝里,哈哈哈。我们说这个呃,相当于对流云啊,那他这个这个到了半岛之后,他这个北方是个台升的啊,这半岛是丘陵了是吧?哎, 地形一抬升也容易降雪,所以那个地方是容易降雪。哎,说到这,我们这个崂山,我们崂山是呃,一千三百米啊,那么 这昨天早上就下雪了,哈哈,原因也是这样一个强烈的拍摄啊,那么造成的。那么这个 呃,降水吧。我们实际上他现在是冷了,他降雪,那么如果不是那么冷,他也可能是,呃,降雨也是有可能的。呃,这是 是地形作用啊,助威了这样一个冷流,这一个降水天气啊。哎,我们说这个冷的空气到了暖的水面啊,会产生这样一种叫冷流降水。 那反过来呢,如果要是这个这个暖的空气往北走,走到冷的地面上,会是什么情况呢?哎,我们好好研究一下,我研究透了,一定给大家分享。好,谢谢收看,下次再见。


最近看到了一则特别有意思的视频,在一个水槽内放置半圆柱体,让左边水流以一定速度冲击这个圆柱体。将一条刚去世没多久的鱼放置在圆柱体的后方后,原本平静的鱼就会突然诈尸, 随着水流上下起伏,看起来精神头十足,一点死去的技巧也没有,这就是卡门窝街带来的作用。卡门窝街最初是由钱学森的导师冯卡门于一九一一年在哥根廷大学助教时所发现并命名的, 究其原理就是水流绕过圆柱体后,会被分成两股绕行。由于两股流在任何时候左右都不会完全对称,某一时刻必有一方压力高,而另一方压力低。此时压力高的一方就会朝着低的一方移动,直至压力均衡。此时压力低的一方产生 的窝脱离另一方靠近物体的低压区,也在发展壮大到一定程度后,开始朝着另一方移动。 如此循环往复后,就形成了卡门窝街出现两股不对称的水流,成交替的小漩涡向下游动。当鱼儿处于这种障碍物后方时,即使已经死去,但受自身结构限制以及窝流的影响,尾部水的流速比他前半身的大, 从而挤压鱼后半段的蝎型身体,推着他往前,于是就出现了鱼还活着的错觉。卡门窝街不只是在圆柱体后出现,也可以产生在形状不规则的石头后,且石头附近的漩涡十分危险。在所有的水池中,有一种下方悬空的石头尤为恐怖, 比如宾西法尼亚州的约克加尼河里著名的下悬石。在此处玩水,不小心受漩涡影响的话,就会被 毫不留情的拍打在水里,一不小心还会丧命于此。这也给大家提了个醒,就是没事不要靠近湍急水流后方的石头。同样的,卡门窝接也不止固定于水流,还包括气流,比如风吹过高塔、烟筒、电线等,都可以形成卡门窝接。 其中最著名的案例应该当属塔克玛悬索桥事故了。一九四零年,美国华盛顿州的塔克玛峡谷花费了六百四十万美元建了一座主跨度八百五十三点四米的悬索桥,四个 月后却碰到了一场风速为十九米每秒的风。风虽然不算大,但桥却发生了剧烈的扭曲震动,震幅接近九米之后,桥面倾斜到了四十五度左右,使吊杆逐一拉断,导致桥面塌陷,坠落到了峡谷之中。究其原因,就是风吹过两边的钢板石, 发生了卡门窝结窝旋的交替发放,会在物体上产生垂直于流动方向的胶变侧向力,当发放频率与桥梁结构的固有频率藕合时,就会发生共振,造成破坏。 因此,后来所有的桥梁无论是整体还是局部,都必须通过严格的计算和风度模型试验,以保证不会因卡门窝接造成建筑物的损坏。

看到这座在风中摇摆的大桥了吗?这就是一九四零年建成的华盛顿塔克玛大桥,当年通车仅四个月就卡了,被称为二十世纪最严重的工程设计错误。 那么好好的大桥为什么会塌呢?要想解释清楚原因,不得不提到一个人冯卡门。他被誉为全世界航空航天时代的科学奇才,也是钱学森的老师。一九一一年,有人做了一项实验,在水槽里放入一个圆柱体,让水流以一定速度冲击这个圆柱体。 是当水流绕过他之后,尾流依然摇摆不定。当时没人能解释这一现象。然而这件事引起逢卡门的兴趣,他经过深入研究发现,原来是水流绕过圆珠体后形成的两股扰流在后面产生了一系列我选,正是这些我选,导致尾流摇摆不定。后来他把这种我选成为卡 门卧结。现在回头看塔克马大桥的坍塌事故,就是因为当风吹动桥梁时,在桥梁后面形成了卡门卧界。这股力量以一 的频率反复的拍动桥梁,当拍动的频率与桥梁本身的频率相吻合时,就发生了共振现象,也就是这个共振让桥塌了。不过在事故发生二十年后,这个答案才被解开。直到今天,卡门握金原理依然是建筑领域的行业标准。

大家没有看错,这阵嘈杂的装修声就是这两个阳台护栏发出的。 哎呦我的妈,哈哈哈。那这事情到底是不是真实的呢?我们辗转联系上这个网友,网友告诉我们说呢,只是拍了当时的一个实际的情况,当时因为风大高层,而地点呢就在浙江夹心。那为什么他家的这个护栏会出现这种奇怪的现象呢?我们现在啊就去 打听打听,因为他处在一个高层,当风呢吹击到墙面的时候,会形成卡门窝结,这个窝结呢,反弹到这个钢管上。风有一个 频率,那么这个栏杆也有一个固有频率。栏杆的固有频率与风的作用的频率相同。这个时候这个栏杆就发生了一个共振现象。去年五月份,广东虎门大桥发生异常抖动, 就是卡门窝街引发的共振在作怪。当风低速吹过来的时候,遇到一些障碍物,他会形成窝街。这样的话,大家可以看右边这个图,当风通过桥面的时候,桥面会发生一种抖动。说到这啊,估计不少人大脑里开始出现小问号了。窝街是看那两根栏杆不顺眼吗? 为啥其他栏杆都不震呢?弄清楚这个问题之前,咱先复习一下什么叫做共振,专门关于共振的一个实验。当这个频率调节和这个小人呢频率相同的时候,大家可以看小人的震动就得到了加强。看这个频率,如我和这个小兔子, 他的这个频率相同的时候,小兔子呢也发生了共振。前提是建立在他们频率比较接近的一个基础上。那么问题来了,共振的声音多种多样,为啥这个护栏发出的是装修的响声呢?跟他这个本 身的材质以及跟他所连接的物体有关系。比如说我们很多的乐器发出的声音就不一样,那是因为他本身制作的材质以及制作的形状就是不一样。我给大家演示一下 如何去避免这种声音的产生呢。嗯,那可以在护栏上加一些装饰的小物品去改变它的频率。绳子给绑上啊,或者坠一个这个小物件就可以了。哎呀,又学了一招啊,原来这个风吹这个护栏啊,能发出装修的声音。哎,不对,有动静,楼下有动静您听。 哎呀,肯定是这两天起风了吧,楼下没关好窗户,走,咱给他关上去走。 哎呀妈呀,这真在装修啊。啊对,哈哈哈。哎呀,光听声音看的还是不行啊,还得就事论事。

有一天,小习之余,我在鱼快递啥视频,注意看车里的泡沫箱在高速上掉落后,竟然马上回去了。一次巧合,再来一次,这不是特技,也不是魔术,那为何箱子总能神奇的反弹回去呢? 就不得不提起在自然界中随处可见的著名流体力学现象卡门窝街。当流体流过障碍物后,会从阻流体两侧剥落形成扰流。我靠,赶脚很高级啊, 真的假的?我再看看。马上回去了!一次巧合,再来一次!这不是特技,也不是魔术,那为何箱子总能神奇的反弹?要不要强行摸你一下?

震动可以是优美的音乐,可以是吵闹的噪声, 可以是舒适的悬挂,也可以是毁灭的灾难。视频中这个扭曲变形的桥梁是历史上最著名的桥梁坍塌事故。塔克马海峡吊桥事故。这个桥梁坍塌的成因归咎于一个流体现象 卡门窝阶。当流体经过障碍物时,就会在障碍物的后方产生一个低压区域。随着流体流速的增强,高压和低压区域就会产生拉动障碍物的吸力,导致障碍物会出现左右摆动,产生高频震动。这种震动对于建筑物来说可能会产生毁灭性的打击。 塔克玛海峡吊桥的设计抛弃了传统造桥的钢横梁,采用了更轻更薄的钢板梁,但是透风性要大大降低,所以非 非常容易产生卡膜窝结现象,最终在大风天气下出现剧烈抖动,最终坍塌。之所以这次事件非常出名,是因为在这之后,人们才意识到流体对于建筑物的影响是十分巨大的。之后的大型建筑也都对风洞测试越来越重视。在现代超高层建筑的设计中, 为了减少蜗牛的影响,可谓花镜的心思。在结构设计上,最常见的方法就是取消直角设计结构,采用更符合空气动力学的圆角设计,或者在边角上切入内角,以减少产生蜗牛的强度。

二零二零年五月五日,珠江口一座连接东西的大跨境悬索桥虎门大桥发生抖动,而造成这一现象形成的原因其实是由于共振和卡门窝阶 在有着稳定流速的水槽中放入一个圆柱体,你会发现,当水流绕过圆柱体后,会开始摇摆不定,可以将两种不同颜色的色素滴进水中,能更加明显看到水的运动轨迹。 基于这个实验,一九一一年冯卡门得出,在一定条件下,流体绕过某些物体时,会在物体两侧周期性的出现旋转方向相反排列规则的窝阶。 正是这些窝阶造成了流体的不稳定运动。而当卡门窝阶的力量足够大时,会导致桥体坍塌。例如美国的塔科马大桥,风吹动桥, 桥梁在桥梁后面形成了卡门窝结,于是窝结的交替发放使得桥梁产生震动,当发放频率和桥梁的固有频率一致时,就会发生共振现象,造成破坏。所以现在的建筑物在建设的时候都会要求必须对风以及计算风力对其影响的程度。

哈喽,大家好,我是王小胖老师,欢迎来到力学有意识足球脚法呢有三种,香蕉球、落叶球以及电梯球。 上期中我们已经详细了解了香蕉球和落叶球的原理,知道了其背后就是博努力原理在起作用。但是电梯球背后的原理就不一样了,意大利球员皮尔弱的任意球很奇怪, 有两点,第一,球的轨迹看起来是朝右拐弯的,最后却落到了左边。第二,刚出发的时候好像很美,有这样个弧线,但是到了中途下坠特别快,整个弧线呢也不高。 米兰体育报把 pl 的这个任意球称之为电梯任意球,这大概就是电梯球的起源了。从运行轨迹上看,电梯球和落叶球是比较类似的,他都是在这个数值平面率的运动, 但是两者又有明显的区别。我们来看一下这个图,电梯球的前半段,他的弧线其实并不明显,到了中途呢就突然下坠了,而且他还会左右飘忽不定, 为什么会出现电气头这种奇怪的运行轨迹呢?不知道大家有没有划过船,船桨在水中滑动的时候总会这样子左右方向的摆动, 没划过船的同学也不要紧,你找一个水池,手指并拢,这样在水里面滑动,当你慢慢滑的时候,手掌并没有感到太大的阻力,而且手掌的运动轨迹能够很好的控制住。但是当你这样子快速滑动的时候, 除了能够感受到阻力明显增大之外,手掌这个运行轨迹呢,也会变得不好控制,跟地球背后的原理跟这个差不多,由于空气阻力和粘性比较小,所以极 即便是手掌在这样空气中快速的滑动,也不会感受到太大的阻力,更不会控制不住手掌的运动轨迹。但是电梯球的球速非常快,据了解,电击球的初始角度一般是一百到一百二公里每小时, 在前半阶段,由于他的出速度很大,所以这个轨迹呢,差不多就是一根直线,直线上根据这前半阶段的运动轨迹,他应该会飞的更远一些, 但是由于这个速度很快,所以他的阻力非常大,足球的速度呢,在快速的衰减 到达了某一个值以后呢,他就会好像突然拍档掉下来了。至此,我们已经很好的解释了电梯球急速下坠背后的力学原理。但是电梯球左右飘忽不定又是怎么回事呢?刚刚我 用手掌划水的这个例子呢,其实就是在线了这样的一个过程,但是我的手是不对称的,水流流过我的手的时候发生左右飘忽还是很好理解的 啊。这个足球呢,是球形左右完全对称,按道理气流流过的时候也都是完全对称的,那么就不应该发生偏移,所以这究竟是怎么回事呢? 流体流过完美光滑的对称表面以后,会在这个尾部形成这样子的个蜗牛,理想状态下,两侧的蜗牛是同时出现的,但是这种情况并不是一个稳定的情况,就好像在这个 凸起的水杯的表面,我们把这个小企鹅小头对头这样放上去,理论上这个小企鹅确实是可以静止的立在上面的,但实际情况却很难发生,因为这并不是一个稳定的状态, 那么气流流过足球表面的时候呢,也会形成这样两股对称的蜗牛,稍微有一点点的扰动,这个两股对称的蜗牛就不会同时出现,转而变成这种交替出现, 这就是著名的卡门窝街。由于蜗牛呢是低压区,对足球来讲,低压区交替出现就会形成一个交替出现的侧向的压力, 所以就形成了电梯球这样左右飘忽不定的运动轨迹。好了,今天的视频就到这里,关注王小胖,带你了解更多有意识的力学知识。

每天一个冷知识老规矩还是先来看一个视频。 这个视频或者类似的现象可能很多小伙伴都看到过,那么今天我就来给大家讲讲这个现象的原理。 先上专业解答通俗解答。在视频四十四秒处,这个现象称为卡门窝阶现象。形成的原理是在一定条件下的定常来流,绕过某些物体时,物体两侧会周期性的脱落,呈旋转方向。相反排列规则的双列线窝 形成卡门窝街现象。相信你也猜到了,专业的解答往往就是这么晕人哈哈哈哈哈哈。接下来上通俗解答。可以看到,图片中我给大家用黄色的线标注出 了一对线窝,然后用蓝线标注第二对线窝,接着是绿线标注的第三对线窝,再是红线标注的第四对线窝,最后是紫色和橙色的线标注的第五、六对线窝。正是这样一对又一对的线性漩涡组成了视频中的螺旋烟雾,就像这样。 而如果我们沿着绿线来看他的洁面图的话,就会是这样的。黄色的线代表的是烟雾中间的红点,是将燃烧着的那部分。 结合刚才的专业解答,也就是不间断的黄色烟流,在碰到红色的香石,分别向左右两侧流动,并形成了旋转方向相反的两个线窝。 这时如果你把黄线的 a、 b 两端向屏幕内拉向中间的红点,同时拉着黄线的 c 点向你自己眼睛的方向拉,再叠加上 n 条这样的线。 同时这样操作所形成的三 d 图像就是简版的卡门窝阶现象了,也就是刚才烟雾所形成的样子了。 本期视频就到这里,关注我,带你了解更多冷知识! nice!