微風吹吊橋

科展類別
全國中小學科展
屆次
第45屆--民國94年
科別
自然科
得獎情形
第三名
學校名稱
臺北市大安區私立復興國民小學
指導老師
鄭及蘭、張慎
作者
曹之丞、陳炫瑋、劉彥含
關鍵字
振福、頻率、節點

摘要或動機

一則電視上〝鋼筋水泥吊橋被風吹垮〞的轉播報導,引發了我們的研究興趣,想要知道為何風作用在橋上,會引起橋面的振動扭轉? 風吹造成空氣的波動,為了瞭解波的現象,我們先觀察生活中常見的水波、聲波及繩波的振動。於是我們設計了(1)在池塘中丟石子,進而發展出水波槽實驗。(2)以提琴弓在金屬板邊緣拉奏,造成板面上細砂跳動而呈現各種克拉尼圖形。(3)以甩動童軍繩產生繩波,進一步製作鞦韆,觀察其受風力的運動情況。(4)最後,製作模型吊橋,以觀測受風中橋面的變化。 從實驗結果,我們歸納出無論在水面、金屬板面或橋面施力,造成的振動,藉由介質產生波的前進,波碰到阻擋會反射,與原來的波交疊形成不振動的「節點」。包括水波槽中形成的格狀波紋,及金屬板面細砂呈現的克拉尼圖形,都是振動、反射與節點交互作用的結果。至於風吹吊橋實驗中,我們發現頻率與角度是影響橋面振動的關鍵因素。雖然我們的吊橋實驗無法驗證橋的斷裂,但的確觀察到(1)間歇來回的風比持續風容易造成受風橋面的扭曲晃動。(2)45度風向比垂直風向更容易引起橋面的晃動。(3)減少同頻率的振動,可降低橋面斷裂的危險。


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