Окольцевав предмет определённым упругим материалом, его можно сделать невидимкой для механических волн, — утверждает автор нового исследования. Принцип предложено распространить на наземные сооружения.
Уильям Парнелл (William J. Parnell) из университета Манчестера разработал новую теорию «плаща невидимости», работающего в области упругих колебаний.
В своей статье в Proceedings of the Royal Society A британец показал, как можно заставить волны плавно огибать объект, защищённый при помощи неогуковских эластомерных материалов (Neo-Hookean solid).
Такие составы обладают нелинейной зависимостью между механическим напряжением и деформацией. Парнелл установил, что если в кольце из эластомера создать предварительное механическое напряжение, то с помощью подобной системы можно произвольно управлять распространением упругих волн определённого типа.
В результате можно добиться эффекта, когда мощные механические колебания среды (скажем, грунта) будут проходить сквозь защищённый объект почти без искажений, словно его не существует.
В двух других случаях она способна влиять на распространение колебаний. На центральном рисунке показан участок, закрытый в соответствии с новым принципом. Справа – полость без материала с предварительным напряжением. Видно, что в последнем варианте объект «виден» для проходящих волн, а в среднем — они его практически игнорируют (иллюстрация William Parnell).
Технология получила название «эластодинамическая маскировка» (Elastodynamic Cloaking). Её общая идея напоминает ту, которую выдвинула другая группа европейских исследователей в 2009 году.
Однако есть существенное отличие. В прошлой работе учёные предлагали создавать в земле вокруг зданий многослойные кольца из метаматериала.
Комбинируя полимеры с разными упругими свойствами, можно добиться построения объекта, механические характеристики которого, то есть реакция на прохождение сейсмической волны, будут радикально отличаться от характеристик каждой составляющей по отдельности. (И этот подход, к слову, очень похож на исследования в области "плащей-невидимок", работающих с электромагнитными волнами.)
А вот Уильям полагает, что неоднородные (и при этом сложные) метаматериалы в данном случае не нужны. Правда, его схема ещё нуждается в доработке. Но в перспективе работа Парнелла может привести к появлению нового метода защиты зданий от землетрясений.
«Если теория может быть расширена до более крупных объектов, то она приведёт к созданию „плащей“ для защиты сооружений. Или, возможно, что более реалистично, для защиты самых важных частей этих структур», — утверждает изобретатель.
Ну и сколько будет стоить такая защита применительно к зданиям и промышленным объектам?
2. Сколько стоит несколько десятков тонн резины или типа того, плюс земляные работы. В сравнении со стоимостью здания, которое можно потерять — немного.
Ну вокруг целых заводов такое не построишь, а вот какую-нить башню, с умеренным «отпечатком» на земле — вполне защитить можно.
Которые и так и так используют при постройке зданий.
Другое дело, что они вряд ли смогут быть по настоящему эффективными.
Вибрация то в первую очередь увеличивает нагрузку на несущие стены, которые в свою очередь перераспределяют нагрузку по фундаменту.
Но вот ведь в чем беда, землятрясение будет в первую очередь именно фундамент и расшатывать. И я очень сомневаюсь, что есть материалы (которые кстати прийдется закапывать ПОД фундамент), способные выдерживать и массу здания и иметь достаточный запас гибкости и прочности для противодействия землятрясениям.
А, без использования такого материала под зданием, а только лишь вокруг него, защита будет разве что от ударной волны распространяющейся по поверхности земли, а не из недр.
Первое, что приходит в голову, ударная волна от атомного взрыва, но если здание не покрыть таким вот изоляционным материалом, то вся часть находящаяся над поверхностью земли будет сметена, как хлебные крошки со стола.
Да и даже если предположить наличие какого нибудь бункера, имеющего кроме всего прочего и такую изоляцию, как говорится, полностью и со всех сторон, то это никак не промышленное решение, а узкопараноидальное, а значит и не особо важное.
Волны, идущие прямо снизу — не так страшны, как создающие тряску в горизонтальном направлении (сдвиги почвы), которая нарушает стабильность строения, так что оно начинает складываться.
Опять же, чтобы здание разрушила волна, поднимающаяся вертикально вверх, очаг землетрясения должен быть расположен прямо под зданием (селением, городом) — а это большая редкость, случайное попадание вслепую. Обычно он где-то в стороне. И волны приходят под углом.
Пока это только компьютерная модель.
А реальность, часто преподносит сюрпризы.
В любом случае, как бы далеко от очага землятрясения не находилось защищаемое здание, габариты последнего настолько ничтожны по сравнению с площадью поражения, что волны (которые кстати искажаются и перенаправляются различными объектами на поверхности и под ней (например залежами разных металлов или гранитными полями)), поражают здание не строго по горизонтали или вертикали, а буквально обтекая его со всех сторон под всевозможными углами.
А ведь очагов землятресения разной мощности и разной удаленности может быть немало.
Я, быть может и не понимаю принципа, но мне кажется, что без полной (со всех сторон) изоляции подземной части здания, кина не будет.
Для зданий насколько я помню опаснее продольные.
От массы и размера камня будет зависеть скорость высота и прочие параметры волны.
Также, если в воде есть какие нибудь объекты (рыба, тростник, коряга), то волны при ударении об них будут менять свое направление, и прочие х-ки.
А ведь и эти объекты тоже волны создают.
Волны гасят друг друга и усиливают друг друга.
Это то, что мы видим на поверхности.
Но и под водой, так сказать в самой толще вод происходят те же процессы.
С землей ситуация аналогична.
Сказать, что поперечные волны опасны, а продольные нет, это предположить, что здание находится только на поверхности, а волны движутся только над и по ней.
Они движутся во всех направлениях и поражают объекты под разными углами, с разной силой, с различной продолжительностью и периодом.
Думаю правильней сказать, что здания строят с неравномерной прочностью с горизонтальным и вертикальным воздействиям.
Все таки гравитация действует всегда и на всё, а все прочие воздействия нет.
Если сравнить гипотетическую постройку сферической формы с одинаковой прочностью материала на разрыв-сжатие во всех направлениях (сфера все таки), помещенную в динамическую среду, в воду то есть, с любой другой постройкой (не сферической формы) установленной на или под землей, то сферическая постройка будет безусловно надежней к любым внешним воздействиям.
И получите продольные волны ...
Вам не нравится воздух и вода, давайте иначе — на рыбалку небось хаживали?
Замечали, как по мере вашего приближения к кромке воды замолкали лягухи?
Они чувстуют именно вибрацию, а вовсе не слышат вас, поэтому как бы тихо вы не шли они вас заметят. Массу то свою вы никак не спрячете.
Вот подошли вы к воде и топнули ногой оземь, все те же круги пойдут по воде.
Это то, что вы заметите.
На поверхности воды.
Естественно вы не сможете увидеть как распространяется волна под поверхностью воды, равно как и на земле и под ее поверхностью — массы у вас недостаточно , чтобы визуализировать эти волны.
Но они есть.
Можно еще по другому, представьте, что вы браконьер и лову удочкой предпочитаете динамитную шашку.
Кидаете вы ее значицца, она погружается в воду и делает бадабум!
Уж такие то волны, в том числе вертикальные заметить в состоянии всякий.
Вот это лучше илюстрирует землятресение.
А здания на амортизаторах, всяких подвесах, гасителях внутри фундамента и прочем в таком духе — уже придумали лет 50 назад. И строят в сейсмически опасных зонах. В Японии скажем.
Нет, тут задача — не сделать «мягкую подушку» для дома, а сделать дом прозрачным для сейсмических волн. Это именно задача о «шапке невидимке». После охраняемой зоны волна должна восстанавливаться и идти дальше.
Никто не сможет «грудью встретить» такую волну и полностью погасить. Это не амортизация, а именно «обман зрения» — как мираж в пустыне, возникающий из-за градиента в коэффициенте преломления. Для волны в грунте этого здания (с кольцом «резины») — как бы нет. Вот об этом речь.
А здания на амортизаторах, всяких подвесах, гасителях внутри фундамента и прочем в таком духе — уже придумали лет 50 назад. И строят в сейсмически опасных зонах. В Японии скажем.
Нет, тут задача — не сделать «мягкую подушку» для дома, а сделать дом прозрачным для сейсмических волн. Это именно задача о «шапке невидимке». После охраняемой зоны волна должна восстанавливаться и идти дальше.
Никто не сможет «грудью встретить» такую волну и полностью погасить. Это не амортизация, а именно «обман зрения» — как мираж в пустыне, возникающий из-за градиента в коэффициенте преломления. Для волны в грунте этого здания (с кольцом «резины») — как бы нет. Вот об этом речь.»
-Судя по ссылке на недавний материал про оптическую невидимость с цилиндром и плазмонами, если не ошибаюсь, используется игра с фазами, не противофаза, но нечто вроде этого. Но бытовой опыт говорит, что просто какай-то, пусть и особенным образом настроенный бублик, не может помочь, если сымитировать на ковре, к примеру, землетрясение, хотя может это и грубое сравнение. По картинке этой статьи изначально, и без резинового бублика, волны не шибко действуют на объект.
Показывали по каналу discovery — что то типа безумных изобретателей.
Там жилой дом поставили на несколько небольших опор, с чем то вроде шара на конце. Эти шары в свою очередь находятся на вогнутой плоскости, достаточной чтобы при раскачивании шары смещались к краю плоскости но не выпрыгивали. Эти вогнутые плоскости «тазики» — находятся на земле. В итоге в процессе испытаний здания выдерживали мощные землетрясения без повреждений. Оно просто скользило на шарах по «тазикам» в разных направлениях...
Если в расчетах чуть-чуть ошибиться, можно усилить волновое возмущение вплоть до резонанса.
Эксперимент за 6 рублей: можно послушать преобразование звуков внутри воздушного шарика — можно узнать много нового по вопросу колебаний и упругих границ.