Чому тремтіння землетрусу найбільше відчувається на верхніх поверхах будівлі порівняно з нижніми поверхами? Чи має це щось спільне з важелем третього класу?
Чому тремтіння землетрусу найбільше відчувається на верхніх поверхах будівлі порівняно з нижніми поверхами? Чи має це щось спільне з важелем третього класу?
Відповіді:
По-перше, ваше твердження не є правдивим. Рух низу будівлі може бути більшим або меншим у верхніх поверхах. Це залежить від типу руху, наскільки вільно рухатись будівлю в інших осях, де ви відноситесь до будівельного центру маси та від того, чи рухає удар будь-які резонансні частоти будівлі.
Якщо рух збуджує резонансну частоту, то рух, ймовірно, буде більшим, коли ви йдете вище. Зобразіть одну з тих котячих іграшок, у яких на одному кінці є присоска, гнучка паличка, що виходить з неї, а куля з м’якого матеріалу на іншому. Якщо ви хочете трохи відсунути кінець присоски, ви можете отримати набагато більший рух кулі, якщо ваш рух буде з потрібною частотою.
Щоб показати зменшений рух над рівнем землі, уявіть високий тонкий ящик, що сидить на аркуші паперу на столі. Якщо ви швидко переміщаєте папір туди-сюди, щоб рухати дно коробки, дозволяючи, щоб він крутився, як хоче, середина коробки буде переміщуватися як мінімум. Це тому, що коробка діє як важіль щодо її центру маси. На «підлозі», що відповідає центру маси, рух менший, ніж внизу. Потім рух знову збільшується, піднімаючись звідти.
Гармонічне з'єднання з природними частотами вібрації будівлі, розсіювання енергії в масивній будівлі та різноманітність режимів вібрації, які можуть спричинити з'єднання, можуть призвести до більш-менш зміщення та більшої або меншої швидкості на нижніх поверхах або на верхніх поверхах. Не існує універсальної залежності між швидкістю чи переміщенням між верхнім та нижнім поверхами.
Крім того, землетруси мають два видатні типи хвиль: S хвилі та P хвилі. S хвилі рухаються під кутом 45 градусів до розповсюдження і повільно відставатимуть за P хвилями до тієї точки, що землетрус насправді розділяється на дві фази. Переконавшись у цьому особисто, насправді легко зрозуміти, чи були ви в епіцентрі чи далеко, оскільки рух будівлі змінюється і землетрус має два чіткі вершини. Вам не потрібен сейсмометр для достатньо великого землетрусу досить далеко. Важливість двох типів хвиль полягає в тому, що вони можуть збуджувати унікальні режими вібрації, скручуючи проти згинання, тому не існує навіть універсальної відповіді на одну будівлю.
Висока будівля - це найпростіший спосіб уявити, як швидкість і частота на першому і верхньому поверхах не обов'язково пов'язані.
Фундамент, як правило, відносно нерухомий, хоча деякі конструкції намагаються від'єднати рух землі від руху конструкції за допомогою використання механічних підшипників різного роду, коли конструкція відповідає фундаменту. На нерухомому фундаменті високий будинок рухається відповідно до землетрусу. Хоча фундамент може бути важким, земля все ще важча.
На верхніх поверхах, якщо будівля гармонує з рухом, це буде немовби штовхає легкий полюс на своїй природній частоті. Ви змусите його, швидше за все, зламатися, і рух вгорі буде сильним.
У високих будинках, як правило, ця частота набагато більша, ніж частота землетрусу, тому хоча деяка кількість енергії накопичується, її дуже мало зберігається через усі руйнівні перешкоди та розсіювання у великій кількості структурних з'єднань. Небезпечні будівлі трапляються близько десяти поверхів. Коротше за це будівля хоче вібрувати швидше, ніж землетрус. Вища за це будівля хоче вібрувати повільніше, ніж землетрус. На надзвичайних висотах розсіювання енергії стає більш вираженим, оскільки через гістерезис є занадто великі механічні втрати для режимів вібрації 2n або більше, щоб мати великий ефект.
Ось справді прикольне відео будівель, які накопичили енергію, що коливається після землетрусу. Зауважте, що бічний рух у верхній частині великий, але ви можете уявити, що швидкості у верхній частині, пов'язані з нарощуванням, не є надзвичайними щодо нерухомих основ.