"Ну как же так?! Они же дерутся за каждый лишний килограмм в конструкции, когда проектирую такие высокие здания! Не понимаю... По моему, эта идея реализована вопреки здравому смыслу." - Такое рассуждение можно услышать от обычного человека, не знакомого с особенностями возведения подобных сооружений. И в этом нет ничего плохого! Вполне логичная и обоснованная мысль. Но, как всегда, "собака зарыта" не там, где её ищешь...
Для чего же инженерам понадобилось крепить под крыши высоченных зданий гигантский тяжёлый шар? Посмотрим на это немного с другой стороны.
В конце вас ждёт эксперимент, который вы можете провести сами прямо у себя в комнате. Это поможет вам на собственном теле понять, как работает этот "магический" шар.
Высотные здания, несмотря на свою массивность, подвержены незаметным колебаниям под воздействием ветра. Вершина небоскреба может немного отклоняться от своей оси на несколько метров при сильных порывах ветра. Это явление считается нормальным, хотя вселяет ужас в добрую половину посетителей и прохожих.
Чем выше здание, тем больше амплитуда его колебаний. Это легко осознать, представляя старый тополь в ветренную погоду; Вспомните, как во время урагана трещат и гнутся высокие деревья.
Для уменьшения колебаний высотных зданий на ветру, инженеры используют специальные противовесы, известные как настроенные амортизаторы массы. Эти амортизаторы представляют собой большие шары из стали или бетона, вес которых может достигать нескольких сотен тонн. Они подвешиваются на пружинах и поршнях в верхней части зданий и служат для балансировки при изменении угла наклона здания. Основная цель - сохранить центр массы небоскреба и снизить его колебания.
До 2007 года самым высоким зданием в мире была 509-метровая башня Тайбэй 101 в Китае. Внутри этого здания установлен гигантский противовес в виде шара весом более 700 тонн.
Как и почему это работает
В сущности, каждый небоскреб можно рассматривать как огромный резонатор. В случае воздействия на него сильных воздушных потоков или землетрясений, здание начинает колебаться на определенной частоте. В этот момент противовес (шар) начинает двигаться с той же частотой, но в противоположном направлении. Хотя этот механизм не полностью устраняет колебания, он позволяет их контролировать.
Используя эту механику, мы должны благодарить законы Ньютона и массу (не вес а именно массу - разницу расскажу поподробнее в следующих статьях: следите за обновлениями).
Из физики: масса - мера инертности тела. Т.е чем тяжелее объект, тем труднее сдвинуть его с места.
Под воздействием ветра или землетрясения, небоскрёб поддаётся колебаниям, а его центр тяжести смещается. Если случается резонанс (колебания здания совпадают с порывами ветра или земными толчками) - амплитуда усиливается. Это может привести к страшным последствиям. Шар двигается в противофазе с возникающими колебаниями (ветер влево <-> шар вправо). Это помогает удержать центр тяжести строения в безопасном интервале.
Вы можете сами это почувствовать и буквально ощутить принцип работы такого шара на собственном теле прямо у себя в комнате, прямо сейчас:
Проведите эксперимент (Я Небоскрёб):
Возьмите пакет из магазина с ручками, чтобы удобнее было держать. Положите в него что-нибудь тяжелое (только так, чтобы вы могли его поднять): например арбуз или пару-тройку бутылок воды.
Встаньте подальше от ценных и хрупких предметов (телевизоры, вазы, зеркала...) - лучше вообще на улицу выйти. Расставьте широко ноги и держите пакет руками таким образом, чтобы груз свободно качался между ног вперёд - назад. Стойте ровно, выпрямите спину - представьте, что вы небоскрёб из металла, вас невозможно согнуть. Можно только покачать туда-сюда.
Начинайте понемногу раскачивать пакет вперёд - назад, как маятник. С повышением амплитуды (секунд через 15), вы заметите, что вам становится легче, если вы начинаете наклоняться в противоположную сторону от движения пакета (груз вперёд - а вы назад).
Облегчение, которое вы испытываете - это и есть эффект сохранения центра массы вашей системы (система - человек с пакетом). Центр тяжести определяет маше местоположение и помогает удерживаться на одном месте, даже при таких сильных колебаниях.
Хорошей иллюстрацией для понимания подошла бы детская игрушка - неваляшка. Но у неё цент тяжести смещён к низу. Поэтому она такая устойчивая.
Теперь спроецируйте этот эксперимент на масштаб побольше: человек - это небоскрёб, шар - пакет с грузом. И всё станет понятно!
Надеюсь, мне удалось объяснить вам, почему инженеры придумали крепить тяжёлый шарик под крыши небоскрёбов. Такая конструкция сделана не для внушения страха или "по приколу", а для вашей же безопасности. Сегодня вы убедились в этом сами.
Благодарю за уделённое время! Если вам есть что добавить, или вы хотите задать вопрос - добро пожаловать в комментарии. Если статья показалась вам интересной и полезной, ставьте лайк. Чтобы не пропустить новые публикации - Подписывайтесь на канал. Буду рад видеть вас снова!
Желаю удачи!