WEBVTT

00:00:07.080 --> 00:00:10.586
Động đất luôn là một hiện tượng tự nhiên
đáng sợ

00:00:10.586 --> 00:00:14.051
Và nó trở nên nguy hiểm hơn khi các thành phố càng phát triển

00:00:14.051 --> 00:00:17.720
với một trong những rủi ro lớn nhất là
sự sụp đổ của các tòa nhà cao tầng

00:00:17.720 --> 00:00:20.279
Tại sao các tòa nhà cao tầng lại sụp đổ
khi động đất,

00:00:20.279 --> 00:00:22.756
và làm thế nào để ngăn chặn điều này?

00:00:22.756 --> 00:00:24.994
Nếu như bạn đã từng xem các bộ phim
thảm họa,

00:00:24.994 --> 00:00:26.101
bạn có thể nghĩ rằng

00:00:26.101 --> 00:00:29.573
các tòa nhà sụp đổ do nguyên nhân
trực tiếp là mặt đất dưới chân chúng

00:00:29.573 --> 00:00:32.977
rung lắc dữ dội hay thậm chí là
tách ra xa nhau.

00:00:32.977 --> 00:00:35.298
Nhưng đó không thực sự là
cách chúng hoạt động

00:00:35.298 --> 00:00:39.374
Thứ nhất, hầu hết các tòa nhà
không nằm đúng vị trí đứt gãy,

00:00:39.374 --> 00:00:43.966
và sự dịch chuyển các mảng kiến tạo thì
xảy ra ở sâu hơn nhiều so với nền tảng của các tòa nhà.

00:00:43.966 --> 00:00:46.316
Vậy điều gì thực sự đang diễn ra?

00:00:46.316 --> 00:00:50.077
Trên thực tế, sự ảnh hưởng của động đất
đến các tòa nhà

00:00:50.077 --> 00:00:52.065
thì phức tạp hơn nhiều

00:00:52.065 --> 00:00:55.282
Để làm rõ hơn điều này, các kiến trúc sư
và kĩ sư sử dụng các mô hình

00:00:55.282 --> 00:00:59.778
giống như một dãy sắp xếp 2 chiều các đường
đại diện cho cột và xà

00:00:59.778 --> 00:01:05.432
hay các đường đơn lollipop với khối tròn
đại diện cho trọng lượng của tòa nhà

00:01:05.432 --> 00:01:09.280
Khi đơn giản hóa đến mức độ này, các
mô hình này có thể sẽ khá hữu ích

00:01:09.280 --> 00:01:12.009
khi dự đoán 1 phản ứng của các tòa nhà khi
động đất

00:01:12.009 --> 00:01:14.553
là vấn đề chủ yếu của vật lý.

00:01:14.553 --> 00:01:16.868
Hầu hết các sự sụp đổ xảy ra khi động đất

00:01:16.868 --> 00:01:20.332
không thực sự là do bản thân của việc 
động đất

00:01:20.332 --> 00:01:23.259
Mà thay vào đó, khi mặt đất chuyển động
bên dưới tòa nhà,

00:01:23.259 --> 00:01:26.284
chúng thay thế lớp nền và mức độ
thấp hơn,

00:01:26.284 --> 00:01:28.975
gửi các làn sóng xung kích qua các
phần còn lại của cấu trúc

00:01:28.975 --> 00:01:31.834
và khiến nó rung lắc qua lại.

00:01:31.834 --> 00:01:36.136
Sức mạnh của sự dao động này
phụ thuộc vào 2 yếu tố chính:

00:01:36.136 --> 00:01:39.196
khối lượng của tòa nhà, mà tập trung
chủ yếu ở phần nóc,

00:01:39.196 --> 00:01:40.568
và độ cứng của nó,

00:01:40.568 --> 00:01:44.595
mà là yếu tố cần thiết gây ra một
số lượng dịch chuyển nhất định.

00:01:44.595 --> 00:01:48.155
Cùng với loại chất liệu của tòa nhà và
hình dạng nhất định của cột,

00:01:48.155 --> 00:01:51.207
độ cứng phần lớn phụ thuộc
vào vấn đề chiều cao.

00:01:51.207 --> 00:01:54.105
Các tòa nhà thấp có xu hướng cứng hơn và
thay đổi ít hơn,

00:01:54.105 --> 00:01:57.347
trong khi các tòa nhà cao thì
linh hoạt (mềm dẻo) hơn

00:01:57.347 --> 00:02:00.557
Bạn có thể nghĩ rằng giải pháp là
xây dựng các tòa nhà thấp hơn

00:02:00.557 --> 00:02:02.843
để chúng thay đổi ít nhất có thể.

00:02:02.843 --> 00:02:08.700
Nhưng trận động đất năm 1985 ở Mexico
là ví dụ tốt cho thấy điều đó không ổn

00:02:08.700 --> 00:02:09.812
Trong trận động đất,

00:02:09.812 --> 00:02:14.022
nhiều tòa nhà cao hơn 6 và thấp hơn
15 tầng đã bị sụp đổ.

00:02:14.022 --> 00:02:17.999
Điều lạ là trong khi các tòa nhà thấp hơn
gần đó vẫn đứng vững,

00:02:17.999 --> 00:02:22.405
thì các tòa nhà cao hơn 15 tầng cũng
hầu hết ít bị ảnh hưởng,

00:02:22.405 --> 00:02:24.555
và các tòa nhà cỡ trung bình
thì lại bị sụp đổ


00:02:24.555 --> 00:02:28.730
được quan sát thấy rung lắc dữ dội hơn là
chính trận động đất đó.

00:02:28.730 --> 00:02:30.590
Làm sao lại có thể như vậy

00:02:30.590 --> 00:02:34.322
Câu trả lời là tần số tự nhiên.

00:02:34.322 --> 00:02:35.988
Trong một hệ thống dao động,

00:02:35.988 --> 00:02:41.581
tần số là bao nhiêu chu kì dao động
xảy ra trong 1 giây

00:02:41.581 --> 00:02:43.731
Đây là nghịch đảo của chu kì này,

00:02:43.731 --> 00:02:47.520
nghĩa là bao nhiêu giây thì hoàn thành 1 chu kì

00:02:47.520 --> 00:02:51.763
Và tần số tự nhiên của một tòa nhà được
xác định bởi khối lượng và độ cứng của nó

00:02:51.763 --> 00:02:55.330
là tần số mà sự rung động của nó sẽ có
xu hướng gộp lại xung quanh

00:02:55.330 --> 00:03:00.277
Tăng khối lượng của tòa nhà thì làm
giảm đi tỷ lệ rung động tự nhiên

00:03:00.277 --> 00:03:03.835
trong khi tăng độ cứng thì gia tăng
tỳ lệ này

00:03:03.835 --> 00:03:06.192
Vì vậy trong các phương trình đại diện cho
mối quan hệ này

00:03:06.192 --> 00:03:09.911
độ cứng và tần số tự nhiên
tỷ lệ thuận với nhau,

00:03:09.911 --> 00:03:14.184
trong khi khối lượng và tần số tự nhiên
thì tỷ lệ nghịch.

00:03:14.184 --> 00:03:17.658
Điều đã xảy ra ở Mexico là 1 hiệu ứng
gọi là cộng hưởng,

00:03:17.658 --> 00:03:20.198
khi mà tần số của làn sóng địa chấn
động đất

00:03:20.198 --> 00:03:24.535
xảy ra cùng với tần số tự nhiên của các
tòa nhà tầm trung.

00:03:24.535 --> 00:03:27.456
Giống như sự thúc đẩy cùng nhịp cho
xích đu

00:03:27.456 --> 00:03:31.211
Mỗi sóng địa chấn thì khuếch đại thêm sự
rung lắc của tòa nhà

00:03:31.211 --> 00:03:33.052
theo hướng hiện tại của nó

00:03:33.052 --> 00:03:36.616
gây ra sự lung lay thậm chí còn mạnh hơn

00:03:36.616 --> 00:03:41.303
cuối cùng đạt đến mức độ lớn hơn nhiều
so với sự di chuyển ban đầu.

00:03:41.303 --> 00:03:44.685
Ngày nay, các kĩ sư làm việc với các nhà
địa chất và địa chấn học

00:03:44.685 --> 00:03:48.702
để dự đoán tần số của sự chuyển động
động đất tại các vị trí xây dựng

00:03:48.702 --> 00:03:51.626
để ngăn chặn sự sụp đổ do cộng hưởng

00:03:51.626 --> 00:03:55.023
có tính đến các yếu tố như loại đất
hay các đứt đoạn

00:03:55.023 --> 00:03:57.947
cũng như dự liệu các trận động đất
trước kia

00:03:57.947 --> 00:04:00.997
Dao động với tần số thấp sẽ gây
nhiều thiệt hại cho các tòa nhà

00:04:00.997 --> 00:04:02.865
cao hơn và linh động hơn

00:04:02.865 --> 00:04:05.789
trong khi dao động với tần số cao


00:04:05.789 --> 00:04:08.553
sẽ gây nguy hiểm với các cấu trúc
cao và có độ cứng.

00:04:08.553 --> 00:04:11.316
Các kĩ sư cũng đã nghĩ ra cách để hấp thụ
các cú shock

00:04:11.316 --> 00:04:14.947
và hạn chế sự biến dạng bằng cách
sử dụng hệ thống sáng tạo

00:04:14.947 --> 00:04:17.423
Dựa trên việc cô lập sử dụng
các lớp linh hoạt

00:04:17.423 --> 00:04:21.346
để cô lập sự dao động nền móng
từ phần còn lại của tòa nhà

00:04:21.346 --> 00:04:25.225
trong khi hệ thống điều tiết van khối lượng
tự điều chỉnh để xóa bỏ sự cộng hưởng

00:04:25.225 --> 00:04:28.536
bằng cách dao động lệch pha
với tần số tự nhiên

00:04:28.536 --> 00:04:30.303
để giảm rụng lắc

00:04:30.303 --> 00:04:33.835
Cuối cùng, không phải những tòa nhà
vững chắc nhất sẽ vẫn còn đứng vững

00:04:33.835 --> 00:04:35.477
mà là những tòa nhà thông minh nhất