보행자가 너무 많으면 다리가 흔들리고 흔들리는 이유

걷는 사람의 아주 작은 진동이 크게 증폭될 수 있습니다."라고 Igor Belykh는 말합니다. 그 시점에서 사람들은 흔들림을 알아차리고 균형을 유지하기 위해 발걸음을 조정하는데, 이는 상황을 더욱 악화시킬 뿐입니다. (제공: Getty Images)

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연구자들은 보행자 다리가 갑자기 흔들리고 흔들리기 시작하는 이유에 대한 놀라운 새로운 설명을 발견했습니다. 너무 많은 사람들이 동시에 건너고 단순히 넘어지지 않으려고 애쓰는 것입니다.

Nature Communications 저널에 발표된 새로운 연구에서 연구자들은 골든 게이트(Golden Gate)나 브루클린 브리지(Brooklyn Bridge)처럼 고도로 설계된 다리라도 어떻게 갑자기 불안정해질 수 있는지를 보여줍니다.

충분한 수의 사람들이 걸어서 건너고 각자 자신의 자연스러운 속도로 걷는다면 다리에 너무 많은 에너지가 전달되어 다리가 진동하기 시작할 수 있습니다. 그런 다음 보행자 각자가 넘어지지 않도록 걸음걸이를 조정하면서 다리를 더욱 불안정하게 만듭니다.

다리의 흔들림은 대규모 패닉을 초래할 수 있습니다. 1987년 샌프란시스코 금문교 50주년 기념 행사에서 300,000명의 축하객이 건너려고 했고 다리가 신음소리를 내며 흔들리면서 사람들이 당황하고 토하고 자전거와 유모차까지 던지기 시작했습니다. 다리의 하중을 줄이기 위해 바다.

새로운 작업은 지난 20년 동안 발자국의 대량 동기화로 인해 발생한다고 생각되었던 흔들리고 흔들리는 다리에 대한 오랫동안 받아 들여진 설명을 무너뜨립니다.

"우리 연구는 걷는 사람의 아주 작은 진동이 상당히 증폭될 수 있다는 것을 보여줍니다."라고 조지아 주립 대학의 수학, 통계 및 신경과학 교수인 Igor Belykh는 말합니다.

그 시점에서 사람들은 흔들리는 것을 알아차리고 균형을 유지하기 위해 발걸음을 조정합니다. 이는 상황을 더욱 악화시킬 뿐이며 다리가 불안정해질 수 있습니다.

새로운 작업은 30개의 서로 다른 교량에서 얻은 데이터에 의존하고 특정 교량의 정확한 티핑 포인트(교량을 움직이기 시작할 정확한 사람의 수)를 예측하는 복잡한 수학 공식을 사용합니다. 이 연구는 또한 일반적으로 교량은 생각했던 것보다 더 취약할 수 있음을 보여줍니다.

교량은 기류 및 교통과 같은 현상으로 인해 고유 진동수를 가지고 있습니다. 그들의 불안정 지점을 예측하는 것은 쉽지 않습니다.

새로운 통찰력은 엔지니어와 교량 설계자가 "더 좋고 안전한 교량을 건설"하는 데 도움이 될 것이라고 Belykh는 말합니다. "이러한 군중으로 인한 불안정성 사건의 지형은 그야말로 전 세계적입니다."

예를 들어, 2003년 뉴욕 시에는 정전이 발생했고 많은 보행자들이 어둠 속에서 브루클린 다리를 건너 집으로 걸어갔습니다. 이로 인해 유명한 다리가 너무 많이 진동하고 흔들리게 되어 일부 사람들은 배멀미를 느끼고 가만히 서 있으면 균형을 유지할 수 없었습니다.

그리고 2000년에 런던에서 새로 공개된 밀레니엄 브리지는 개통일에 군중이 건널 때 흔들리는 동작 때문에 흔들리는 다리라는 별명을 얻었습니다. 이로 인해 당국은 즉시 다리를 폐쇄하고 2년 동안 다시 열지 않았습니다.

오랫동안 받아들여졌던 다리 흔들림에 대한 설명, 즉 인간이 흔들리는 진자처럼 동시에 동기화되어 걷고 있다는 설명에 영감을 준 것은 밀레니엄 브리지였습니다. 이를 위상 잠금이라고 합니다.

워커들의 영상을 보면 머리와 몸통이 마치 파도처럼 일제히 움직이는 것 같았다. 이 엄청난 왼쪽에서 오른쪽 움직임이 다리를 앞뒤로 기울인 것으로 생각되었습니다. 실제로 런던 템즈강을 가로질러 건설된 앨버트 브리지는 '떨리는 여인'이라는 별명을 갖고 있으며 건너가는 병사들에게 발걸음을 떼라고 지시하는 팻말을 자랑하고 있다.

Belykh는 "이 설명은 매우 대중적이었습니다"라고 말했습니다. "그것은 과학적 시대정신의 일부였습니다."

그것이 인기를 얻은 이유 중 하나는 그것이 뉴런이든 반딧불이든 인간의 발자국이든 복잡한 시스템이 진동할 때 일관된 행동이 나타날 수 있다는 생각입니다. 그러나 밀레니엄 브리지 사건이 일어난 지 불과 4일 만에 노벨상을 받은 물리학자 브라이언 조셉슨(Brian Josephson)은 이 이론에 즉시 의문을 제기했습니다. 그는 현재 작업이 증명하는 것을 제안했습니다. 흔들리는 다리 위에서 균형을 유지하려고 노력하는 사람들이 흔들림을 심화시켰다는 것입니다.