位於美國華盛頓州的塔科馬海峽吊橋於1940年通車，但通車不到5個月便崩壞[1]，而這座橋竟然是被風吹垮的！從底下影片可以看到這座橋不停上下交錯搖擺，背後究竟是什麼原因呢？
原因其實是卡門渦街(Karman vortex street)與吊橋共振所致，也就是所謂的渦振現象。那什麼是共振？卡門渦街又是什麼呢？今天主廚帶你一起來看看！
渦振導致的悲劇，塔科瑪海峽吊橋崩塌
什麼是共振？
在聊聊吊橋崩壞事件前，我們先來了解什麼是共振。共振在日常生活相當常見，舉凡喇叭發出的聲響、醫療用的核磁共振等等都是共振引起的現象。為了更容易理解共振，這邊用一個盪鞦韆的例子來解釋。
相信各位都有看過盪鞦韆，一個玩家坐在鞦韆上擺盪的遊戲。小時候玩盪鞦韆如果盪不高，還會有個小幫手在後面幫忙推，再仔細回想一下的話，那位小幫手通常會趁著鞦韆正要往前擺盪的時候施力，按照鞦韆擺盪的頻率施力，才能盪的愈來愈高。
在這個盪鞦韆的過程中，鞦韆來回擺盪的頻率是固定的，我們稱為固有頻率或是自然頻率。而自然頻率為物體本身的特性，即物體能以最低能量產生振動的頻率。當外部施力頻率與自然頻率一致時，便能以最少的外部施力使物體產生最大振動幅度，此為共振。
以盪鞦韆這個例子來看，趁著鞦韆正要往前擺盪的時候施力，代表小幫手的施力頻率與鞦韆自然頻率相同，便能輕鬆盪高鞦韆。回到塔科馬吊橋事件來看，由於該起事件也同樣是共振所致，代表外部施力頻率與吊橋本身共振頻率一致才會使吊橋崩壞，那外部施力是哪裡來的呢？
答案就是下個段落介紹的卡門渦街。
什麼是卡門渦街？
卡門渦街是一種流體現象，滿足特定條件的情況下，當流體流經障礙物，會在障礙物後方形成兩道不對稱的漩渦，如圖2所示。當流體流經障礙物表面時，由於流動上的慣性所致，流體會與障礙物表面分離，導致障礙物後方形成空乏區。為了補足空乏區，離開表面的流體會繞回空乏區，進而形成漩渦。
空乏區的形成可參考延伸閱讀：為什麼高爾夫球表面凹凸不平？淺談高爾夫球原理！
Re = \frac{\rho vL}{\mu }
雷諾數為一種無因次量，可以用來呈現流體運動特性，雷諾數愈大代表慣性力影響大於黏滯力，反之則是黏滯力影響大於慣性力。因此，當雷諾數較小的時候，流體會沿著物體表面運動，不會產生空乏區，而當雷諾數大於47的時候，會在障礙物後方形成卡門渦街[2]。
主廚結語
了解卡門渦街與共振現象後，我們來聊聊塔科馬海峽吊橋崩塌事件。
當強風經過吊橋的時候，強風會在吊橋單側形成卡門渦流，並對吊橋施加外力，由於卡門渦街的擺盪頻率與吊橋本身的自然頻率接近，才會導致吊橋不斷搖擺，進而斷裂崩塌，也就是所謂的渦振現象。
在塔科馬海峽吊橋崩塌事件發生之後，全世界的吊橋設計也都會特別預防渦振現象的發生，避免下一個悲慘事件發生。
參考資料
- wiki，塔科馬海峽吊橋，https://en.wikipedia.org/wiki/Tacoma_Narrows_Bridge
- wiki，卡門渦街，https://en.wikipedia.org/wiki/K%C3%A1rm%C3%A1n_vortex_street