¿Por qué los temblores de un terremoto se sienten más en los pisos superiores de un edificio en comparación con los pisos inferiores? ¿Tiene esto algo que ver con una palanca de tercera clase?
¿Por qué los temblores de un terremoto se sienten más en los pisos superiores de un edificio en comparación con los pisos inferiores? ¿Tiene esto algo que ver con una palanca de tercera clase?
Respuestas:
Primero, su afirmación no es universalmente cierta. El movimiento del fondo de un edificio puede ser mayor o menor en los pisos superiores. Depende del tipo de movimiento, qué tan libre es el edificio para moverse en otros ejes, dónde se encuentra en relación con el centro de masa del edificio y si el movimiento golpea alguna frecuencia resonante del edificio.
Si el movimiento excita una frecuencia resonante, entonces el movimiento probablemente será mayor a medida que vaya subiendo. Imagine uno de esos juguetes para gatos que tiene una ventosa en un extremo, un palo flexible que sale de él y una bola de material blando en el otro. Si moviera el extremo de la ventosa un poco hacia los lados, puede obtener un movimiento mucho más grande de la bola si su movimiento está en la frecuencia correcta.
Para mostrar un movimiento reducido sobre el nivel del suelo, imagine una caja alta y delgada sobre un pedazo de papel sobre una mesa. Si mueve el papel hacia adelante y hacia atrás rápidamente para mover la parte inferior de la caja mientras lo deja girar como lo desee, el centro de la caja se moverá menos. Esto se debe a que la caja está actuando como una palanca sobre su centro de masa. En el "piso" que coincide con el centro de masa, el movimiento es más pequeño que en la parte inferior. El movimiento se vuelve a hacer más grande al subir desde allí.
El acoplamiento armónico con las frecuencias de vibración naturales del edificio, la disipación de energía en un edificio masivo y la variedad de modos de vibración que pueden experimentar el acoplamiento podrían resultar en más o menos desplazamiento y más o menos velocidad en los pisos inferiores o superiores. No existe una relación universal entre la velocidad o el desplazamiento entre los pisos superior e inferior.
Además, los terremotos tienen dos tipos prominentes de ondas, ondas S y ondas P. Las ondas S se mueven en un ángulo de 45 grados con respecto a la propagación y caen lentamente detrás de las ondas P hasta el punto en que el terremoto se separa en dos fases. Habiendo experimentado esto personalmente, en realidad es fácil saber si estabas en el epicentro o lejos porque el movimiento del edificio cambia y el terremoto tiene dos picos distintos. No necesita un sismómetro para un terremoto lo suficientemente grande lo suficientemente lejos. La importancia de los dos tipos de onda es que pueden excitar modos de vibración únicos, torciendo y doblando, por lo que ni siquiera hay una respuesta universal para un edificio.
Un edificio alto es la forma más fácil de visualizar cómo la velocidad y la frecuencia en el piso y los pisos superiores no están necesariamente relacionadas.
La base generalmente es relativamente fija, aunque algunos diseños intentan desacoplar el movimiento del suelo del movimiento de la estructura mediante el uso de cojinetes mecánicos de diversos tipos donde la estructura se encuentra con la base. En la base fija, un edificio alto se mueve de acuerdo con el terremoto. Pese a que la base sea pesada, la tierra aún es más pesada.
En los pisos superiores, si el edificio está en armonía con el movimiento, será como si empujara un poste de luz en su frecuencia natural. Lo más probable es que se rompa y el movimiento en la parte superior será severo.
En los edificios altos, por lo general, esta frecuencia es mucho mayor que la frecuencia del terremoto, por lo que si bien se acumula algo de energía, se conserva muy poca debido a toda la interferencia destructiva y la disipación en la gran cantidad de conexiones estructurales. Los edificios peligrosos ocurren alrededor de diez pisos. Más corto que esto, el edificio quiere vibrar más rápido que el terremoto. Más alto que esto, el edificio quiere vibrar más lentamente que el terremoto. A alturas extremas, la disipación de energía se vuelve más pronunciada ya que hay demasiada pérdida mecánica por histéresis para que los modos de vibración de 2n o más tengan mucho efecto.
Aquí hay un video realmente genial de edificios que acumularon energía balanceándose después de un terremoto. Tenga en cuenta que el movimiento lateral en la parte superior es grande, pero puede imaginar que las velocidades en la parte superior relacionadas con la acumulación no son extremas en relación con los cimientos fijos.