دراسة جديدة تحذر من مخاطر محتملة على الجسور في العالم
يجب أن يدرك مصمّمو الجسور أنه يمكن أن تكون هناك دائما حالات خطيرة للتخميد السلبي إذا كان الحشد كبيرا بما فيه الكفاية.
كشف باحثون بجامعة ولاية جورجيا (Georgia State university) عن تفسير جديد مفاجئ لسبب بدء جسور المشاة فجأة بالاهتزاز والتأرجح وذلك بالتزامن مع عبور كثير من الناس عليها في وقت واحد.
يخالف هذا التفسير الجديد الاعتقاد السائد على مدار 20 عاما الذي يرجع اهتزاز الجسور إلى تناغم تواتر اهتزازها مع تواتر خطوات الأقدام في ما يسمى علميا بظاهرة الرنين (Resonance phenomenon).
طاقة تحريك كبيرة من خطوات فردية
في الدراسة الجديدة التي نشرت في دورية "نيتشر كوميونيكيشن" (Nature Communications) بتاريخ العاشر من ديسمبر/كانون الأول الجاري، أظهرت مجموعة من علماء الرياضيات في ولاية جورجيا بقيادة البروفيسور إيغور بيليخ مع زملائهم في جامعة بريستول (University of Bristol) وجامعة كامبردج (University of Cambridge) وجامعة ليستر (University of Leicester) في بريطانيا كيف أن جسرا مصمما بدرجة عالية من الإتقان كجسر غولدن غيت أو جسر بروكلين يمكن أن يصبح فجأة غير مستقر.ووفق تقرير نشر على موقع "ساينس ألرت" (Science Alert) فقد اقترح العلماء أنه عند وجود عدد كاف من الناس يعبرون سيرا على الأقدام، وكل منهم يمشي بسرعته الطبيعية الخاصة، فإنهم سينقلون قدرا كبيرا من الطاقة إلى الجسر بحيث يمكن أن يبدأ معها بالتأرجح. وما إن يبدأ الجسر بالاهتزاز، سيقوم كل شخص بتعديل خطواته في محاولة لعدم السقوط، وذلك يؤدي إلى زعزعة استقرار الجسر.
ويمكن أن يؤدي تذبذب الجسر إلى حالة من الذعر الجماعي كما حدث عام 1987، في الذكرى الـ50 لتأسيس جسر "غولدن غيت" (Golden Gate) في سان فرانسيسكو، عندما حاول 300 ألف شخص -ممن قدموا للاحتفال بافتتاحه- عبور الجسر الذي أخذ يتأرجح، وتسبب ذلك بحالة من الذعر والدوار وبدأ الناس بإلقاء الدراجات وعربات الأطفال في المحيط لتخفيف حمولة الجسر.
ودرس الباحثون بيانات جُمعت عن 30 جسرا واستخدموا معادلات رياضية معقدة تتنبّأ بنقطة التحول الدقيقة إلى حالة التأرجح لجسر معين بناء على تحديد العدد الدقيق للأشخاص الذين سيتسببون في تحريكه.
وفي بيان صحفي نشر على موقع جامعة ولاية جورجيا قال بيليخ "يظهر عملنا أنه يمكن تضخيم الاهتزازات الصغيرة جدا الناتجة من كل شخص يمشي على الجسر على نحو كبير".
التخميد السلبي وتضخيم الحركة الاهتزازية
في عام 2003 انقطع التيار الكهربائي عن مدينة نيويورك، وعاد حشد من المشاة إلى منازلهم عبر جسر بروكلين في الظلام، وتسبب الحشد الكبير من العابرين للجسر في اهتزازه بشدة لدرجة أن بعض المشاة شعروا بدوار البحر ولم يتمكنوا من الحفاظ على توازنهم عند توقفهم عن الحركة.وفي عام 2000 أُطلق على جسر الألفية (Millennium Bridge) في لندن اسم الجسر المتذبذب بسبب حركته المتذبذبة التي تزامنت مع عبور الحشود في يوم الافتتاح، مما تسبب في إغلاق الجسر على الفور وعدم إعادة فتحه لمدة عامين. وعند مشاهدة مقاطع فيديو للمشاة على جسر الألفية ستلاحظ أن رؤوسهم وجذوعهم تتحرك في انسجام مثل الموجة.
وكانت أظهرت دراسة نشرها بيليخ وزملاؤه في دورية "ساينس أدفانسز" (Science Advances) عام 2017 أن جسر الألفية في لندن يبقى ثابتا عندما يسير 165 شخصا فوقه، وأن إضافة شخص آخر تقلب الموازيين تماما. وهكذا اهتم الباحثون بدراسة تأثير عدد العابرين على نقطة تحول الجسر من حالة الاستقرار إلى حالة من التأرجح المستمر دون أن يتلاشى أو يتخامد في ما يسمى علميا بالتخميد السلبي.
وقال بيليخ "فكر في ركاب يسيرون على قارب يتأرجح في بحر هائج، سوف يقومون بتكييف حركتهم مع حركة القارب الذي يتأرجح إلى اليمين واليسار فضلا عن الاتجاه الأمامي استجابة لاهتزاز القارب؛ سيقوم الركاب بإبطاء حركتهم إلى الأمام"، وذلك يؤدي إلى تعظيم حركة الاهتزاز في ما يسمى علميا بـ"التخميد السلبي أو عدم التخامد"، ومن ثم تستمر الحركة دون أن تتلاشى.
وأضاف بيليخ "يجب أن يدرك مصمّمو الجسور أنه يمكن أن تكون هناك دائما حالات خطيرة للتخميد السلبي إذا كان الحشد كبيرا بما فيه الكفاية"، وقال "تقدم صيغتنا المطورة تقديرات مفيدة بالنظر إلى العدد المتوقع للمشاة الذين يمكن أن يوجدوا على جسر ما".
