Tại sao chấn động của một trận động đất cảm thấy nhiều nhất ở các tầng trên của một tòa nhà so với các tầng thấp hơn? Điều này có liên quan gì đến đòn bẩy hạng ba không?
Tại sao chấn động của một trận động đất cảm thấy nhiều nhất ở các tầng trên của một tòa nhà so với các tầng thấp hơn? Điều này có liên quan gì đến đòn bẩy hạng ba không?
Câu trả lời:
Đầu tiên, tuyên bố của bạn là không đúng sự thật. Chuyển động của đáy tòa nhà có thể lớn hơn hoặc ít hơn ở các tầng trên. Nó phụ thuộc vào loại chuyển động, mức độ di chuyển của tòa nhà trong các trục khác, nơi bạn có liên quan đến khối trung tâm của tòa nhà và liệu chuyển động có chạm vào bất kỳ tần số cộng hưởng nào của tòa nhà hay không.
Nếu chuyển động kích thích tần số cộng hưởng, thì chuyển động có thể sẽ lớn hơn khi bạn lên cao hơn. Hình ảnh một trong những đồ chơi con mèo có một ống hút ở một đầu, một cây gậy linh hoạt ra khỏi nó và một quả bóng bằng vật liệu mềm ở đầu kia. Nếu bạn di chuyển đầu hút một chút sang một bên, bạn có thể nhận được chuyển động lớn hơn của quả bóng nếu chuyển động của bạn ở tần số phù hợp.
Để hiển thị một chuyển động giảm trên mặt đất, hãy tưởng tượng một hộp mỏng cao ngồi trên một tờ giấy trên bàn. Nếu bạn di chuyển giấy qua lại nhanh chóng để di chuyển phần dưới của hộp trong khi để nó xoay theo ý muốn, phần giữa của hộp sẽ di chuyển ít nhất. Điều này là do hộp hoạt động giống như một đòn bẩy về trung tâm khối lượng của nó. Trên "sàn" khớp với tâm khối lượng, chuyển động nhỏ hơn ở phía dưới. Các chuyển động sau đó trở nên lớn hơn một lần nữa đi lên từ đó.
Khớp nối hài hòa với tần số rung tự nhiên của tòa nhà, tiêu tán năng lượng trong một tòa nhà đồ sộ và sự đa dạng của các chế độ rung có thể trải nghiệm khớp nối có thể dẫn đến dịch chuyển nhiều hay ít và vận tốc nhiều hơn hoặc ít hơn ở tầng thấp hoặc tầng trên. Không có mối quan hệ phổ biến giữa vận tốc hoặc chuyển vị giữa tầng trên và tầng dưới.
Hơn nữa, động đất có hai loại sóng nổi bật là sóng S và sóng P. Sóng S di chuyển ở góc 45 độ so với sự lan truyền và sẽ từ từ rơi xuống phía sau sóng P đến điểm mà trận động đất thực sự tách thành hai giai đoạn. Đã từng trải nghiệm điều này, thật dễ dàng để biết bạn đang ở tâm chấn hay ở xa vì chuyển động của tòa nhà thay đổi và trận động đất có hai đỉnh khác biệt. Bạn không cần một máy đo địa chấn cho một trận động đất đủ lớn đủ xa. Tầm quan trọng của hai loại sóng là chúng có thể kích thích các chế độ rung độc đáo, xoắn và uốn, do đó, thậm chí không có câu trả lời chung cho một tòa nhà.
Một tòa nhà cao là cách dễ nhất để hình dung làm thế nào vận tốc và tần số ở mặt đất và các tầng trên không nhất thiết phải liên quan.
Nền móng thường tương đối cố định, mặc dù một số thiết kế cố gắng tách đôi chuyển động mặt đất khỏi chuyển động kết cấu thông qua việc sử dụng vòng bi cơ học thuộc nhiều loại khác nhau trong đó kết cấu đáp ứng nền móng. Tại nền móng cố định, một tòa nhà cao di chuyển theo trận động đất. Nặng dù nền tảng có thể, trái đất vẫn nặng hơn.
Ở các tầng trên, nếu tòa nhà hài hòa với chuyển động, nó sẽ như thể đẩy một cột đèn ở tần số tự nhiên. Bạn sẽ làm cho nó bị hỏng nhiều khả năng và chuyển động ở phía trên sẽ rất nghiêm trọng.
Trong các tòa nhà cao tầng, thông thường tần số này lớn hơn nhiều so với tần số động đất, do đó, trong khi năng lượng tích lũy, rất ít trong số đó được bảo tồn vì tất cả sự can thiệp và tiêu tán phá hủy trong số lượng lớn các kết nối cấu trúc. Các tòa nhà nguy hiểm xảy ra ngay xung quanh mười tầng. Ngắn hơn thế này, tòa nhà muốn rung động nhanh hơn trận động đất. Cao hơn thế này, tòa nhà muốn rung động chậm hơn trận động đất. Ở độ cao cực đoan, sự tiêu tán năng lượng trở nên rõ rệt hơn vì có quá nhiều tổn thất cơ học thông qua độ trễ cho các chế độ rung 2n hoặc cao hơn để có nhiều hiệu quả.
Đây là video thực sự thú vị về các tòa nhà tích tụ năng lượng lắc lư sau trận động đất. Lưu ý rằng chuyển động bên ở đỉnh là lớn, nhưng bạn có thể tưởng tượng rằng vận tốc ở đỉnh liên quan đến sự tích tụ không cực kỳ liên quan đến nền móng cố định.