WEBVTT

00:00:07.080 --> 00:00:10.586
Землетрясения всегда были ужасающим 
явлением,

00:00:10.586 --> 00:00:14.051
и они становятся всё более смертоносными, 
так как наши города растут,

00:00:14.051 --> 00:00:17.720
и обрушивающиеся здания представляют собой
наибольший риск.

00:00:17.720 --> 00:00:20.279
Почему здания обрушиваются во время
землетрясений,

00:00:20.279 --> 00:00:22.756
и как это можно предотвратить?

00:00:22.756 --> 00:00:24.994
При просмотре фильмов-катастроф

00:00:24.994 --> 00:00:26.101
вам может показаться,

00:00:26.101 --> 00:00:29.573
что здания разрушаются именно
из-за того, что земля под ними

00:00:29.573 --> 00:00:32.977
со страшной силой сотрясается
или даже раскалывается на части.

00:00:32.977 --> 00:00:35.298
Но это происходит совсем не так.

00:00:35.298 --> 00:00:39.374
Во-первых, большинство зданий
не расположены прямо на линии разлома,

00:00:39.374 --> 00:00:43.966
и сдвиг тектонических плит происходит
гораздо глубже фундаментов зданий.

00:00:43.966 --> 00:00:46.316
Так что же на самом деле происходит?

00:00:46.316 --> 00:00:50.077
Фактически землетрясения
и их воздействие на здания

00:00:50.077 --> 00:00:52.065
имеют более сложную природу.

00:00:52.065 --> 00:00:55.282
Чтобы её понять, архитекторы и инженеры
используют модели,

00:00:55.282 --> 00:00:59.778
такие как двухмерная сетка
из продольных и поперечных линий

00:00:59.778 --> 00:01:05.432
или однолинейный леденец с кругами,
изображающими массу здания.

00:01:05.432 --> 00:01:09.280
Даже такие упрощённые модели могут 
быть очень полезны,

00:01:09.280 --> 00:01:12.009
так как первоначальная задача предсказать
реакцию здания

00:01:12.009 --> 00:01:14.553
на землетрясение —
в основном вопрос физики.

00:01:14.553 --> 00:01:16.868
Большинство обрушений во время 
землетрясения

00:01:16.868 --> 00:01:20.332
происходят не из-за самого землетрясения.

00:01:20.332 --> 00:01:23.259
Напротив, когда земля движется
под зданием,

00:01:23.259 --> 00:01:26.284
она смещает фундамент и нижние этажи,

00:01:26.284 --> 00:01:28.975
посылая мощные волны через всё строение

00:01:28.975 --> 00:01:31.834
и раскачивая его из стороны в сторону.

00:01:31.834 --> 00:01:36.136
Сила этого колебания зависит
от двух факторов:

00:01:36.136 --> 00:01:39.196
массы здания, которая сконцентрирована
у основания,

00:01:39.196 --> 00:01:40.568
и его жёсткости,

00:01:40.568 --> 00:01:44.595
т.е. величины воздействия, необходимого, 
чтобы вызвать определённое смещение.

00:01:44.595 --> 00:01:48.155
Помимо типа строительного материала
и формы колонн здания,

00:01:48.155 --> 00:01:51.207
жёсткость во многом зависит от высоты.

00:01:51.207 --> 00:01:54.105
Низкие здания бывают более жёсткими
и меньше смещаются,

00:01:54.105 --> 00:01:57.347
а высокие здания более упругие.

00:01:57.347 --> 00:02:00.557
Может показаться, что решение проблемы —
строить низкие здания,

00:02:00.557 --> 00:02:02.843
чтобы снизить до минимума их колебание.

00:02:02.843 --> 00:02:08.700
Но землетрясение в Мехико 1985 года
наглядно показывает, что это не так.

00:02:08.700 --> 00:02:09.812
Во время землетрясения

00:02:09.812 --> 00:02:14.022
многие здания высотой от шести
до пятнадцати этажей рухнули.

00:02:14.022 --> 00:02:17.999
Странным было то, что более низкие здания
неподалёку остались стоять

00:02:17.999 --> 00:02:22.405
и здания выше пятнадцати этажей
также были менее сильно повреждены,

00:02:22.405 --> 00:02:24.555
а обрушившиеся здания среднего размера

00:02:24.555 --> 00:02:28.730
сотрясались гораздо сильнее
амплитуды колебаний при землетрясении.

00:02:28.730 --> 00:02:30.590
Как такое возможно?

00:02:30.590 --> 00:02:34.322
Ответ связан с явлением, известным
как частота собственных колебаний.

00:02:34.322 --> 00:02:35.988
При колебании системы

00:02:35.988 --> 00:02:41.581
частота означает количество 
поступательных движений в секунду.

00:02:41.581 --> 00:02:43.731
Это обратная величина к периоду,

00:02:43.731 --> 00:02:47.520
за который совершается один цикл движения.

00:02:47.520 --> 00:02:51.763
Частота собственных колебаний здания, 
определяемая его массой и устойчивостью,

00:02:51.763 --> 00:02:55.330
является частотой, вокруг которой будут 
совершаться колебания.

00:02:55.330 --> 00:03:00.277
Увеличение массы уменьшает частоту
его собственных колебаний,

00:03:00.277 --> 00:03:03.835
в то время как его жёсткость приводит
к более быстрым колебаниям.

00:03:03.835 --> 00:03:06.192
Так, в уравнении, показывающем
это взаимодействие,

00:03:06.192 --> 00:03:09.911
жёсткость и собственные колебания
пропорциональны друг другу,

00:03:09.911 --> 00:03:14.184
а масса и собственные колебания
обратно пропорциональны.

00:03:14.184 --> 00:03:17.658
То, что случилось в Мехико,
было эффектом резонанса,

00:03:17.658 --> 00:03:20.198
когда частота колебаний сейсмических волн

00:03:20.198 --> 00:03:24.535
совпала с частотой колебаний зданий
среднего размера.

00:03:24.535 --> 00:03:27.456
Так же как и выверенный толчок качели,

00:03:27.456 --> 00:03:31.211
каждая новая сейсмическая волна
увеличивает вибрацию здания

00:03:31.211 --> 00:03:33.052
в его текущем направлении,

00:03:33.052 --> 00:03:36.616
заставляя здание раскачиваться 
ещё сильнее,

00:03:36.616 --> 00:03:41.303
в конечном итоге смещаясь гораздо больше,
чем в самом начале.

00:03:41.303 --> 00:03:44.685
Сегодня инженеры сотрудничают с геологами
и сейсмологами,

00:03:44.685 --> 00:03:48.702
чтобы спрогнозировать частоту сейсмических
колебаний на местах стройки,

00:03:48.702 --> 00:03:51.626
чтобы предотвратить обрушения,
вызываемые резонансом,

00:03:51.626 --> 00:03:55.023
при этом они учитывают тип почвы 
и вид разлома,

00:03:55.023 --> 00:03:57.947
а также данные предыдущих землетрясений.

00:03:57.947 --> 00:04:00.997
Низкая частота колебаний вызовет 
обрушение высоких

00:04:00.997 --> 00:04:02.865
и более упругих зданий,

00:04:02.865 --> 00:04:05.789
а высокая частота колебаний 
представляет опасность

00:04:05.789 --> 00:04:08.553
для более низких и жёстких строений.

00:04:08.553 --> 00:04:11.316
Инженеры предложили решение, 
как поглощать удары

00:04:11.316 --> 00:04:14.947
и ограничить деформацию зданий,
используя инновационные системы.

00:04:14.947 --> 00:04:17.423
Фундамент изолируют с помощью 
подвижных слоёв,

00:04:17.423 --> 00:04:21.346
чтобы изолировать смещение фундамента
от остальной части здания,

00:04:21.346 --> 00:04:25.225
а точные системы гашения массы строения 
гасят резонанс,

00:04:25.225 --> 00:04:28.536
раскачивая здание с фазой, не совпадающей
с собственными колебаниями,

00:04:28.536 --> 00:04:30.303
что уменьшает вибрацию.

00:04:30.303 --> 00:04:33.835
В конце концов выстоят
не самые прочные здания,

00:04:33.835 --> 00:04:35.477
а самые продуманные.