Землетрясение: высокая башня и сейсмоизоляция
Кривошип трясёт платформу. Узкая башня падает, широкий дом стоит, а такая же башня на мягких пружинах выдерживает тряску.
Нажмите «Запустить». Тела движутся по законам физики: гравитация, трение, упругость.
Что показывает опыт
Здание опрокидывается, если ускорение основания слишком велико для его формы: высокие и узкие здания опаснее низких и широких. Мягкая подвеска под зданием не передаёт ему быстрые толчки.
Как провести
- Нажмите «Запустить»: кривошип начинает трясти платформу.
- Сравните судьбу трёх зданий: башня, дом и башня на пружинах.
- Выберите мотор кривошипа и уменьшите скорость до 2 рад/с — теперь башня может устоять.
Вопросы для обсуждения
- Почему башня на пружинах качается, но не падает?
- Что ещё делают инженеры, чтобы здания выдерживали землетрясения?
Объяснение
Платформа колеблется с амплитудой 14 см и частотой 8 рад/с, её ускорение достигает почти 9 м/с². Башня шириной 40 и высотой 140 опрокидывается, когда ускорение превышает g·(ширина/высота) ≈ 2,8 м/с². Здание на мягких опорах имеет собственную частоту 3 рад/с — гораздо ниже частоты тряски, поэтому передаётся лишь малая доля толчка (изоляция колебаний).
Повторите дома
Поставьте высокую узкую коробку и низкую широкую на поднос и потрясите поднос из стороны в сторону: высокая упадёт первой.
Что изменить в редакторе
- Сделайте пружины изолятора жёстче (k = 400) — изоляция пропадёт.
- Сделайте башню шире.