高楼在风中原来真的会晃，但为什么我们感觉不到？原因竟然是......

随着楼房变得越来越高，越来越瘦，它们也越容易被风吹得晃起来。

在 1929 年的《摩天大楼》(Skyscraper)7 月刊上，有一项调查发现，当时美国已经有 377 栋 20 多层高的楼房，其中有 10 栋超过 152 米。

但奇怪的事情发生了：即使只有微风，在 40 多层楼上室内的一些职员也能感受到楼房在晃动，甚至可能出现类似晕船的症状。

那么，住在高层的人，有过这种感受吗?

一直在晃动

其实，从未有人研究过高楼在风中的行为。直到 1929 年左右，David Cushman Coyle 发明了一款可携带的水平摆式地震仪。他挑了一些刮风天，把这款设备带到纽约一栋栋高楼的楼顶上。这个设备由两根杠杆组成，每个杠杆都携带一面镜子，能将入射光线反射到另一卷感光纸上。他将 2 根杠杆调平，以便分别测量高楼的侧向移动和表面倾斜，并最终被感光纸记录了下来。

Coyle 发现，面对吹来的风，每栋高楼的表现都有所不同。感光纸上记录的波形线表示，高楼可能每分钟都要“哆嗦”40 下，频次少一点的也要 8 次。Coyle 想到，或许正是这些幅度较小但重复发生的振动，让室内的挂灯以最高可达数英尺(1 英尺约为 0.3 米)的幅度晃动，并使浴缸里的水泛起波澜。不过，在他测试的高楼中，并没有发现结构上的安全性问题。

图片来源：Popular Science Monthly, January, 1931

这似乎成为了工程界的“秘密”——随着楼房变得越来越高，越来越瘦，它们也越容易被风晃起来。

如果给单摆施加一个外力，它就能离开平衡位置。此后，如果一直施加外力，它做的就是受迫振动。但就算撤掉外力，它也能做自由振动，即在无阻力的条件下按一定的频率振动，相应的频率叫做固有频率。

现在，我们需要像工程师一样思考：高楼不完全是刚性的，能够摆起来。那么，倒过来的单摆就可以被当作高楼的物理模型。

因此，在持续风力的作用下，高楼会偏离平衡位置而做受迫振动。而且，对于风来说，高楼也是个障碍，所以会选择绕道而行，从楼的两边绕过去。这时，风会在楼的后方形成涡旋并脱落，被称作涡旋脱落。此外，风绕过的同时产生压力差，进而产生吸力(suction force)，将楼房吸过来。这又会反过来影响楼房周围的流场，如此循环往复便使楼房来回晃了起来。当涡旋脱落的频率与楼房固有频率相当时，就会产生共振，这在工程学上叫做涡激振动。

编辑：徐豪 审编：益审核