Perché i tremori di un terremoto sono maggiormente avvertiti ai piani superiori di un edificio rispetto ai piani inferiori? Questo ha qualcosa a che fare con una leva di terza classe?
Perché i tremori di un terremoto sono maggiormente avvertiti ai piani superiori di un edificio rispetto ai piani inferiori? Questo ha qualcosa a che fare con una leva di terza classe?
Risposte:
Innanzitutto, la tua affermazione non è universalmente vera. Il movimento del fondo di un edificio può essere maggiore o minore nei piani superiori. Dipende dal tipo di movimento, dalla libertà di movimento dell'edificio in altri assi, dalla posizione relativa al centro di massa dell'edificio e dal fatto che il movimento colpisca eventuali frequenze di risonanza dell'edificio.
Se il movimento eccita una frequenza di risonanza, allora il movimento sarà probabilmente più grande man mano che si sale. Immagina uno di quei giochi per gatti che ha una ventosa su un'estremità, un bastoncino flessibile che esce da essa e una palla di materiale morbido sull'altra. Se dovessi spostare un po 'lateralmente l'estremità della ventosa, puoi ottenere un movimento della palla molto più grande se il movimento è alla giusta frequenza.
Per mostrare un movimento ridotto al di sopra del livello del suolo, immagina una scatola alta e sottile seduta su un pezzo di carta su un tavolo. Se si sposta rapidamente la carta avanti e indietro in modo da spostare la parte inferiore della scatola lasciandola ruotare come vuole, il centro della scatola si sposterà di meno. Questo perché la scatola si comporta come una leva attorno al suo centro di massa. Sul "pavimento" che corrisponde al centro di massa, il movimento è più piccolo rispetto al fondo. Il movimento si ingrandisce quindi risalendo da lì.
L'accoppiamento armonico con le frequenze di vibrazione naturali dell'edificio, la dissipazione di energia in un edificio massiccio e la varietà di modalità di vibrazione che possono sperimentare l'accoppiamento potrebbero provocare più o meno spostamenti e più o meno velocità ai piani inferiori o ai piani superiori. Non esiste una relazione universale tra velocità o spostamento tra i piani superiore e inferiore.
Inoltre, i terremoti hanno due tipi prominenti di onde, onde S e onde P. Le onde S si muovono ad un angolo di 45 gradi rispetto alla propagazione e cadranno lentamente dietro le onde P fino al punto in cui il terremoto si separa effettivamente in due fasi. Avendolo sperimentato personalmente, in realtà è facile dire se eri nell'epicentro o lontano perché il movimento dell'edificio cambia e il terremoto ha due picchi distinti. Non è necessario un sismometro per un terremoto abbastanza grande abbastanza lontano. L'importanza dei due tipi di onda è che possono eccitare modalità di vibrazione uniche, torcendo contro piegando, quindi non c'è nemmeno una risposta universale per un edificio.
Un edificio alto è il modo più semplice per visualizzare come la velocità e la frequenza al piano terra e ai piani superiori non siano necessariamente correlate.
La fondazione di solito è relativamente fissa, anche se alcuni progetti tentano di disaccoppiare il movimento del terreno dal movimento della struttura attraverso l'uso di cuscinetti meccanici di vario tipo dove la struttura incontra la fondazione. Alle fondamenta fisse, un edificio alto si muove in base al terremoto. Per quanto pesanti possano essere le fondamenta, la terra è ancora più pesante.
Ai piani superiori, se l'edificio è in armonia con il movimento, sarà come se spingesse un palo della luce alla sua frequenza naturale. Avrai la possibilità di rompersi molto probabilmente e il movimento in alto sarà severo.
Negli edifici alti, in genere questa frequenza è molto più grande della frequenza del terremoto, quindi mentre una parte dell'energia si accumula, molto poco viene conservata a causa di tutte le interferenze distruttive e la dissipazione nel gran numero di connessioni strutturali. Gli edifici pericolosi si verificano intorno ai dieci piani. Più corto di questo, l'edificio vuole vibrare più velocemente del terremoto. Più alto di così, l'edificio vuole vibrare più lentamente del sisma. Ad altezze estreme, la dissipazione di energia diventa più pronunciata in quanto vi è troppa perdita meccanica a causa dell'isteresi per le modalità di vibrazione 2n o superiori per avere molto effetto.
Ecco un video davvero interessante di edifici che hanno accumulato energia che ondeggia dopo un terremoto. Si noti che il movimento laterale nella parte superiore è grande, ma si può immaginare che le velocità nella parte superiore relative all'accumulo non siano estreme rispetto alle basi fisse.