Крис Вудфорд - Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами

Небоскребы обычно поражают своей высотой. Если вас спросить, во сколько раз небоскреб выше своей ширины, что вы ответите? 10 раз? 15? 20? Еще больше? К удивлению большинства людей, оказывается, что высота даже самых высоких зданий редко превышает их ширину в основании более чем в семь раз.

Секрет небоскребов в том, что мы обычно не замечаем их «крепкие ноги». Эмпайр-стейт-билдинг имеет ширину в основании около 100 м и 380 м в высоту. Соотношение высоты к ширине составляет всего лишь 4: 1. А у Эйфелевой башни это соотношение еще меньше – всего 2,4: 1.

Ваше «основание» с расставленными на ширину плеч ногами обычно составляет 30–50 см, так что в качестве «небоскреба» вы в четыре-пять раз больше ширины в основании. За указанные выше пределы таких соотношений выходят очень немногие небоскребы. «Костлявый» жилой Хайклифф в Гонконге имеет удивительное соотношение 20: 1. При таком показателе для удержания здания необходимо уже не только большое основание, но и особые инженерные решения.

Удивительнее всего в небоскребах не то, что они остаются на месте, где их построили, а то, что они как раз «не стоят на одном месте». По причинам, о которых мы расскажем в главе 15 Важность жидкостей в нашей жизни Кому интересны краны, шланги или плохо размешанный чай? Пыльные книжные полки не остановят мир. И даже плохие блендеры как-то справляются со своей работой. Действительно ли это важно? Как ни удивительно, ответ положительный. Когда вы едете на работу на машине или велосипеде, аэродинамика делает вашу жизнь легче или труднее, заставляет вас тратить больше или меньше денег на бензин или доставляет в офис быстрее и с меньшими усилиями (если вы принимаете аэродинамическую позу и используете обтекаемый шлем). Что дает жизнь вашему дому? Электрический ток, бегущий по проводам, а также вода и газ, текущие по трубам, которые подчиняются всем законам гидродинамики. Законы гидродинамики обеспечивают здоровье: кровь течет по артериям и венам примерно так же, как вода в руслах рек, а воздух примерно так же наполняет ваши легкие. Так что гидро– и газодинамика зачастую важны для понимания всяких домашних прелестей вроде чистых книжных полок или хорошо размешанного чая. Жидкости дают энергию нашей жизни, а наука объясняет, как это происходит. , скорость перемещения воздушных масс стремительно увеличивается с ростом высоты. Так что здание, возвышающееся на 500 м и одновременно достаточно широкое для того, чтобы быть устойчивым, представляет собой очень привлекательную цель для всех кружащих вокруг него ветров. Закрепленный намертво у земли, но подверженный воздействию мощных сил наверху (прежде всего силы ветра), которые давят на него горизонтально, небоскреб почти все время представляет собой гигантский рычаг. Достаточно сильный порыв ветра может разломать его пополам или вырвать с корнем, как дерево.

Казалось бы, из этого можно сделать вывод, что нам нужно строить здания, максимально устойчивые и жесткие к внешним воздействиям. Но оказывается, что колеблющееся высотное сооружение имеет гораздо больше шансов выжить. На интуитивном уровне вы можете понять это, если сравните эффект от колебаний желе на длинной палочке и вертикальной пирамиды из печенья. Как и желе, небоскребы спроектированы так, чтобы медленно колебаться под порывами ветров. «Башни-близнецы», например, были известны тем, что амплитуда колебательных движений в их верхней точке составляла целый метр, а «Тайбэй 101» (гораздо более новое и не такое известное высотное здание на Тайване) имеет в своей высшей точке колебания порядка 8 см [14] Поляризованный свет – это свет, имеющий определенное направление колебания электромагнитного поля световой волны. Прим. науч. ред. .

Наиболее важен с точки зрения устойчивости небоскребов не столько сам предел их колебаний и их скорость. Небоскребы раскачиваются из стороны в сторону через определенные и предсказуемые промежутки времени. Высотное здание в Чикаго Башня Джона Хэнкока совершает одно колебание за 8,3 секунды (то есть колеблется с частотой в восемь раз меньшей частоты вращения секундной стрелки часов) [15] Обычный атом электрически нейтрален, и число протонов и электронов в нем совпадает. Когда оно разное, это уже ион. Прим. науч. ред. . Если колебания будут чаще, то у находящихся в здании людей может начаться морская болезнь. Небоскребы не падают, потому что ветер и подземные толчки заставляют их раскачиваться на манер маятников. По мере таких движений воздействующие на них силы исчезают, и небоскребы снова встают во весь свой «рост».