Вольнае падзенне - Частка 1

Дэвід Чандлер

Частка 1 2 3 4 5 6

Што трэба, каб высокі будынак разваліўся ўніз праз уласную структуру пры абсалютным вольным падзенні?

Галілей даўно прадэманстраваў, што любы аб'ект, любой масы, які трапляе пад дзеянне сілы цяжару, будзе паскарацца ўніз з характэрнай хуткасцю, якую мы называем паскарэннем сілы цяжару, або g. Эксперыментальна вызначанае значэнне гэтага паскарэння нязначна мяняецца ад аднаго месца да іншага на паверхні зямлі. Зямля выгінаецца вонкі на экватары і сплюшчана на канцавоссях, таму гравітацыя мацней на палюсах, дзе адзін крыху бліжэй да цэнтра зямлі. Сапраўды гэтак жа гравітацыя слабее на большай вышыні. Наогул кажучы, паскарэнне сілы цяжару складае каля 9,8 м / с ^ 2, а значыць, аб'ект будзе набіраць хуткасць 9,8 м / с кожную секунду, калі ён падае. Пачынаючы ў стане спакою, у канцы секунды ён будзе рухацца з хуткасцю 9,8 м / с, пасля заканчэння дзвюх секунд ён будзе рухацца з хуткасцю 19,6 м / с і г. д. У фізіцы мы кажам, што ён паскараецца ў 9,8 [метраў / секунду. ] / секунду, якая скарочана 9,8 м / с ^ 2. (У звычайных адзінках ЗША будзе каля 32,2 футаў / с2 ^ 2.) У Нью-Ёрку паскарэнне сілы цяжару складае каля 9803 м / с ^ 2.

Як вы маглі вымераць паскарэнне падальнага прадмета? Калі б вы апрыёры ведалі, што паскарэнне было раўнамерным і рух пачынаўся з спакою, вы маглі б проста ўключыць рух, пакуль вы запусцілі секундамер у той момант, калі яго выпусцілі і спынілі яго пасля таго, як ён прасунуў вядомае адлегласць, d . У гэтых умовах паскарэнне можна вылічыць па формуле d = ½ пры ^ 2, якая звычайна атрымліваецца ў пачатку ўступнага класа фізікі.

Але калі вы не ведаеце датэрмінова, што паскарэнне будзе раўнамерным (што, безумоўна, прымяняецца ў выпадку разбурэння будынка), вам прыйдзецца адсочваць рух за кароткі прамежак часу, вылічыць хуткасць (хуткасць) на кожны інтэрвал і вымераць хуткасць павелічэння хуткасці ў часе. Калі вылічаныя хуткасці адлюстраваць на графіцы, нахіл графа дасць паскарэнне. Калі паскарэнне апынецца раўнамерным, графік v супраць t будзе лінейным. У адваротным выпадку "нахіл графіка" ў любой кропцы будзе нахілам датычнай лініі.

Адзін са спосабаў атрымаць высакаякаснае вымярэнне становішча як функцыі часу з дапамогай відэа, зробленага стацыянарнай камерай. Пікселі вымяраюць становішча, а частата кадраў вымярае час. Інструмент, які я выкарыстоўваю ў сваім выкладанні фізікі для адсочвання рухаў у відэа, называецца Tracker, бясплатнай праграмай для загрузкі, якая ўваходзіць у праект фізікі з адкрытым зыходным кодам. (Трэкер - звычайны тэрмін, таму шукайце Інтэрнэт-трэкер "Інтэрнэт".) Каб атрымаць вымярэння ў рэальным свеце, вам трэба будзе каліброўкі вымярэння, выкарыстоўваючы нейкую функцыю ў відэа з вядомым памерам, каб пераўтварыць пікселі ў, скажам, метраў.

На малюнку ў гэтым артыкуле паказаны здымак экрана з трэкера, які выкарыстоўваецца для вымярэння руху кута заходняга будынка Сусветнага гандлёвага цэнтра, будынак 7 (WTC 7), калі ён упаў вечарам 11 верасня 2001 г. у 17:20. Хоць абвалы веж-блізнят шмат разоў паказваліся па тэлебачанні, будынак 7 рэдка паказваецца, і шмат хто не ведае, што трэці высокі будынак у комплексе Сусветнага гандлёвага цэнтра, 47 паверхаў, амаль на палову вышыні Вежы-блізняты ўпалі ў гэты дзень. Відэа, якое выкарыстоўваецца для гэтага вымярэння, асабліва падыходзіць для нашых мэтаў, таму што (заўважце нахіл) відэакамера засталася працаваць, але развязана і без кантролю. Камеры ніхто не чапаў, таму выявы асабліва стабільныя. Адсочванне кута суседняга будынка паказвае толькі невялікія выпадковыя дрыгаценні не больш за 20 см, верагодна, з-за атмасферных турбулентнасці праз тэлеаб'ектыў.

След кропак на малюнку будынка паказвае рух паўночнага кута ў часе. Графік у правым верхнім куце дысплея паказвае вылічаную хуткасць, графічную як функцыю часу. На гэтым графіку паказаны паўднёва-заходні вугал, які трымаецца нязменна, а потым раптоўна пераходзіць да руху ўніз. Графік па сутнасці лінейна ад пачатку падзення, працягваецца на працягу наступных 2,5 секунд, што паказвае на паскарэнне раўнамернае.

Пераносячы дадзеныя ў кампаньённую праграму, званую Data Tool, якая ідзе ў камплекце з Tracker, мы можам выбраць шэраг кропак дадзеных (жоўтыя асноўныя моманты), пабудаваць лінію рэгрэсіі "найлепшым чынам" і вылічыць нахіл. Як вы можаце бачыць з параметраў, пазначаных A, у дакладнасці вымярэнняў нахіл складае каля 9,81, што па сутнасці з'яўляецца g. Вольнае падзенне.

Цела, якое аказвае супраціўленне, падае пры свабодным падзенні. І наадварот, для цела, якое знаходзіцца ў вольным падзенні, яно азначае падзенне без супраціву. Чамусьці будынак, які мы бачым, падае праз уласную структуру, не аказваючы супраціву!

Прыкладна праз 2,5 секунды вольнага падзення схіл адхіляецца ад прамой лініі, што паказвае на супраціў, паколькі падальная частка будынка ўступае ў ніжнюю частку. 2,5 секунды вольнага падзення адпавядае адлегласці 30,6 м, або каля 100 футаў, пры 12,5 футаў за паверх, што падзяляе на 8 гісторый свабоднага падзення.

Для параўнання на маім вэб-сайце вы можаце загрузіць "лабараторны камплект", які змяшчае відэа, дадзеныя аб каліброўцы і інструкцыі для вымярэння хуткасці абвалу Паўночнай вежы (WTC 1), некалькі праглядаў WTC 7 і два вядомыя гравітацыйныя зносу. . Выкананне вымярэнняў самастойна дапамагае адчуць дадзеныя.

Што трэба адзначыць:

  • Усе чатыры куты будынка пачынаюць зніжацца ў межах долі секунды адзін ад аднаго. Лінія даху застаецца практычна роўнай на працягу ўсяго перыяду вольнага падзення. Усё, што адбываецца, каб зняць супраціў, адбываецца па ўсёй шырыні будынка адначасова ў межах невялікай долі секунды. Адсутнасць дакладнай сінхранізацыі пры выдаленні падтрымкі прывядзе да перападаў.
Памер WTC 7 у параўнанні са стандартным амерыканскім футбольным полем.
  • Будынак знаходзіцца ў 100 м побач, а агульныя габарыты трапецападобнага будынка, па сутнасці, ахопліваюць футбольнае поле, перасякаючыся ў канчатковыя зоны. Любая ўзгодненая тэорыя аб разбурэнні будынка павінна была б тлумачыць, як працэс адбываўся сінхронна на такой вялікай плошчы.
  • Адзін пентхаус, з усходняга боку будынка, руйнуецца рана, у выпадку, калі ён аддзяляецца ад агульнага абвалу, але канструкцыі на заходняй частцы будынка (справа) застаюцца падтрымліваемымі прыблізна за паўсекунды да агульнага абвалу. Яны застаюцца часткова бачнымі ва ўсёй частцы калапсу пры свабодным падзенні. Гэта сведчыць пра тое, што ўнутраная канструкцыя падламаецца спачатку, але яна саступае толькі долю секунды наперадзе сценак перыметра.

У мяне ёсць шмат яшчэ сказаць пра гэтую падзею, але я пакіну яе для другой часткі. Вы, несумненна, прызнаеце, што я не адказаў на маё галоўнае пытанне, але прыйдзецца пачакаць.

Дарэчы, гэта гучыць для вас тэорыяй змовы? Звярніце ўвагу, што я нічога не тэарэтызаваў і нават не выказаў гіпотэзы. Я назіраю і аналізую грамадскую інфармацыю адносна надзвычай значнай публічнай падзеі, праводзячы яе да святла дня. Гэта нармальнае цікаўнае паводзіны для вучонага, а не палітычнае, ні дзіўнае, ні бахрома. Хутчэй, вырашыўшы не назіраць, альбо не аналізаваць, альбо не спрабаваць разабрацца ў такой падзеі, асцерагаючыся таго, куды могуць прывесці доказы, альбо настойваць на тым, што дапускаюцца толькі афіцыйна санкцыянаваныя тлумачэнні, альбо мазаць зневажальнымі надпісамі тых, хто карыстаецца іх уласныя вочы і розумныя сілы ... гэта палітычны акт, а не тая палітыка, дастойная грамадзян дэмакратычнага грамадства.

Частка 1 2 3 4 5 6