Новый физический фейерверк

В скалистой местности, где под действием погодных условий обнажились глубинные горные породы, по ним можно определить, случались ли в этой местности землетрясения. Например, в некоторых районах Калифорнии даже поблизости от известного разлома Сан-Андреас (в радиусе 30 км от него) по скальным породам незаметно, чтобы там происходили сколько-нибудь заметные землетрясения по крайней мере в течение последних нескольких тысяч лет. Какие простые признаки отсутствия сейсмической активности можно разглядеть на камнях?

ОТВЕТ • Землетрясение (единичный толчок, серия толчков или продолжительные колебания) может вызвать раскачивание незакрепленных сооружений на их опорах (рис. 1.43а). Если проекция центра масс сооружения выйдет за край опоры, оно опрокинется. Если мы можем реально наклонить объект, то конструкция тем неустойчивее, чем она выше (представьте, что вы хотите свалить стоящую на меньшей грани костяшку домино, щелкнув по верхней ее части). Однако эффекты, вызванные подземными толчками, носят совершенно иной характер, поскольку толчок приходится на нижнюю часть конструкции. В этом случае устойчивость конструкции зависит от расстояния R от центра масс до ребра основания (рис. 1.43б) — в большинстве случаев чем больше R, тем больше устойчивость, поскольку увеличивается момент инерции. Хотя воздействие землетрясения зависит от огромного числа факторов, когда две колонны раскачиваются под действием подземных толчков, высокая колонна с большим R может оказаться более устойчивой, чем низкая с маленьким R.

Рис. 1.43 / Задача 1.124. а) Блочная конструкция, раскачиваемая подземными толчками. б) Вероятность опрокинуться зависит от расстояния R. в) Чемодан на двух колесиках может раскачаться, а потом и опрокинуться.

Вы можете наблюдать похожее раскачивание, когда везете чемодан на двух колесиках (рис. 1.44в). Если вы идете медленно и тянете чемодан за ручку плавно, он не падает (стоит вертикально). Если же вы бежите с чемоданом и периодически дергаете его за ручку, он сильно раскачивается влево-вправо и может опрокинуться, даже если вы постараетесь остановить падение, вывернув ручку в противоположном направлении.

В некоторых местностях воздействие погоды на скалы привело к тому, что отдельные камни оказались стоящими на узком основании. Такие висячие камни (их так и называют) обычно можно опрокинуть рукой, и они свалятся при толчках во время землетрясения. Таким образом, то, что эти камни не упали в течение нескольких тысячелетий, означает, что за это время существенной сейсмической активности в этом месте не было.

1.125. Как затонула ядерная подводная лодка «Курск»

В августе 2000 года во время проведения учений российского Северного флота в Баренцевом море затонула ядерная подводная лодка «Курск». В тот день приборы сейсмологических станций Cеверного полушария зарегистрировали необычные сейсмические волны, исходившие из района Баренцева моря. Проанализировав данные, сейсмологи установили причину, по которой подлодка затонула, и глубину, на которой в тот момент она находилась. Как можно с помощью измерений, проводимых далеко от места событий, определить глубину, на которой произошел взрыв?

ОТВЕТ • Сейсмические волны распространяются либо через горные породы, либо вдоль поверхности земли. Сейсмические станции устанавливаются в основном для того, чтобы регистрировать сейсмические волны, возникающие во время землетрясений, но не только. Они записывают еще и сейсмические волны, испускаемые при любом событии, когда много энергии высвобождается где-то вблизи поверхности земли, например при взрывах. Когда сейсмическая волна проходит через станцию, она заставляет колебаться перо самописца, и оно рисует кривую. Кривая, записавшая трагические события с «Курском», показывала серию колебаний малой амплитуды и начавшиеся через 134 с колебания с намного большей амплитудой.

По виду кривой специалисты заключили, что первые колебания, возможно, были вызваны взрывом на борту. Этот взрыв, вероятно, разрушил корпус, подлодка затонула, на ней начался пожар. Позже, уже после того, как подлодка легла на грунт, на борту одновременно взорвались несколько (возможно, пять) мощных ракет, от чего пошли гораздо более мощные сейсмические волны. Они достигли сейсмических станций в виде импульсов, разделенных временными интервалами примерно в 0,11 с.