Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Зыбучий песок — плотная жидкость, и, в принципе, если вы увязли в ней, это еще не значит, что вы утонете. Можно представить себе такую идеализированную ситуацию: согнувшись в поясе, вам удалось на эту жидкость лечь. Тогда вы можете попробовать выбраться и, раскинув по поверхности руки, медленно вытаскивать ноги. Но люди, имевшие дело с зыбучими песками, говорят, что в природе зыбучий песок гораздо опаснее своего идеализированного аналога. Вполне вероятно, что зыбучий песок скрывается под водой (стоячей или текущей), так что ваша голова легко может оказаться под водой. Кроме того, упав в зыбучий песок, вы оказываетесь ниже уровня, на котором можно плыть. И это совсем не похоже на бассейн, где вы выскакиваете на поверхность, как поплавок. Хуже того, можно изменить направление потока воды, делающего песок зыбучим , и тогда он затвердеет вокруг вас.

Бывалые люди советуют: единственный надежный способ выбраться из зыбучего песка — позаботиться заранее о своем спасении. Если встречу с зыбучим песком нельзя исключить, позаботьтесь, чтобы у вас на груди была веревка с незатягивающейся петлей, а на другом конце веревки был кто-то готовый вас вытащить.

Именно в тот момент, когда в Окленде должна была начаться третья решающая игра Главной лиги бейсбола, туда докатились сейсмические волны магнитудой 7,1 по шкале Рихтера, вызвавшие ужасные разрушения и гибель 67 человек. Эпицентр землетрясения находился примерно в 100 км от Окленда, вблизи горного пика Лома-Приета. По всему миру разошлись фотографии большого двухъярусного участка шоссе Нимиц, дороги, идущей вдоль залива Сан-Франциско. Сложившиеся вместе верхнее и нижнее полотно дороги стали ловушкой для многих автомобилистов; десятки человек погибли. Очевидно, что причиной этих разрушений были очень сильные вибрации, вызванные сейсмическими волнами. Но почему именно этот участок шоссе разрушился, а другие, почти такие же участки, не пострадали?

Девятнадцатого сентября 1995 года сейсмические волны от землетрясения на западном побережье Мексики привели к масштабным разрушениям в Мехико — примерно в 400 км от эпицентра землетрясения. Почему так пострадал Мехико, но на пути к этому городу разрушения были незначительны? Более того, почему в Мехико обрушились сравнительно невысокие дома, тогда как большинство более высоких и менее длинных зданий не пострадали?

ОТВЕТ •Шоссе Нимиц разрушилось на участке, построенном на рыхлом глинистом грунте. При толчках произошло ожижение (или флюидизация ) материала грунта. Это означает, что его частицы отошли друг от друга и грунт стал текучим, а не твердым. На такой текучий глинистый грунт сейсмические волны воздействовали гораздо сильнее, чем на соседние участки, где шоссе проходило через скалы. Одна из характеристик, определяющих опасность сейсмических волн, — максимальная скорость, которую приобретают частицы, колеблющиеся вместе с волной. На глинистом грунте эта максимальная скорость была по крайней мере в пять раз больше, чем на остальных участках. Поэтому здесь шоссе буквально трясло до тех пор, пока не схлопнулись нижнее и верхнее полотно дороги.

Иногда, если происходит ожижение, дома засасывает в грунт, как если бы они попали в зыбучий песок. Кроме того, могут образоваться гейзеры, выбрасывающие вверх фонтаны воды с песком.

Землетрясение в Мексике было мощным (магнитудой 8,1 по шкале Рихтера), но достигшие Мехико сейсмические волны были слишком слабы, чтобы привести к масштабным разрушениям. Однако б о льшая часть этого города построена на месте, где когда-то было озеро. Почва там все еще мягкая, содержащая воду. По дороге к городу амплитуда сейсмических волн, распространявшихся в более твердых породах, была небольшой, но в рыхлой почве, на которой стоит Мехико, она существенно выросла. Кроме того, в рыхлой почве некоторые сейсмические волны отражаются от поверхности почвы и от твердого основания снизу ( фундамента ). Волны определенной длины волны усиливают друг друга, увеличивая движение грунта. Обязанное волнам ускорение составляло 0,2 g (две десятых от ускорения свободного падения), а частота колебалась вокруг значения 0,5 Гц. В результате грунт колебался достаточно сильно и на удивление долго, а собственная ( резонансная ) частота колебаний многих не слишком высоких зданий оказалась равной 0,5 Гц. Многие из таких зданий при толчках разрушились, тогда как более низкие здания (с большей резонансной частотой) и более высокие здания (у которых резонансная частота ниже) устояли.

Упасть в большой контейнер с зерном очень опасно, это чревато даже смертельным исходом. Как-то раз один рабочий упал в зерновой бункер, на несколько метров заполненный зерном. Он быстро погрузился в зерно до подмышек и не мог высвободить даже руки. У рабочего было больное сердце, и давление зерна на грудь могло привести к серьезным последствиям. Поэтому спасатели пытались как можно скорее вызволить его, но преодолеть силу трения им не удавалось. Они пытались откопать рабочего, но зерно сыпалось в отрытое пространство, а поднятая пыль мешала дышать и спасателям, и жертве. В конце концов спасатели опустили в бункер цилиндр, окружив им пострадавшего, с помощью промышленного пылесоса откачали из него зерно и лишь тогда смогли наконец освободить беднягу из зернового плена.

Когда плотность людского потока возрастает, что должны делать пешеходы, чтобы предотвратить хаос и столпотворение? Почему, когда во время чрезвычайной ситуации толпа людей старается выбраться из замкнутого пространства (комнаты, здания, стадиона) или когда в предвкушении чего-то очень интересного возбужденные люди, толпясь, пытаются прорваться куда-то, возникают заторы, грозящие иногда летальным исходом?

ОТВЕТ •Движение пешеходов — разновидность течения сыпучих тел или даже жидкостей. Если вы хотите изучать людской поток, найдите возвышение, откуда вы сможете безопасно следить за происходящим.

Когда плотность пешеходов небольшая, каждый человек или группа людей (скажем, семья) обычно выбирают наиболее короткий путь к цели. Это не обязательно будет движение по прямой, ведь человеку предписано ходить по тротуарам и пешеходным дорожкам. Но когда, скажем, на деревенской ярмарке людям разрешено ходить где угодно, то, чтобы добраться до лотка с сахарной ватой, они, скорее всего, пойдут к нему прямиком через поле. Когда плотность людей возрастает, любителю сахарной ваты придется двигаться зигзагом, иногда останавливаясь, чтобы избежать столкновения с другими посетителями ярмарки. Когда плотность станет еще больше, начнется формирование маршрутов, подобно тому, как потоки машин двигаются по улице с двусторонним движением. После начала такого разбиения на группы или организации полос одностороннего движения , чтобы избежать столкновений, люди двигаются согласованно, с определенной скоростью и на определенном расстоянии друг от друга. Теперь, чтобы добраться до лотка, любитель сахарной ваты должен двигаться по одной или нескольким выделенным полосам движения, так что его путь может оказаться значительно длиннее, чем если бы он двигался по прямой.