Metamaterjal kaitseb maavärina eest ({{commentsTotal}})

Elroni rong.
Elroni rong. Autor/allikas: Virgo Siil

Sarnaselt heli ja valgusega levivad ka maavärinad lainetena. Juba on loodud materjale, mille struktuur mõjutab heli ja valguse levikut. Nüüd töötavad teadlased aga selle kallal, et luua nendest struktuuridest suuremad versioonid, mida saaks kasutada maavärina leviku kontrollimiseks.

Augud põrgatavad maavärinat

Selleks on katsetatud näiteks ühtlaste vahedega pinnasesse silinderjate aukude kaevamist. Korrastatud paigutus hajutab laastavaid pinnalaineid, pannes need omavahel liituma ja üksteist summutama.

Ühe õnn on teiste õnnetus – kuigi eelkirjeldatud viisil kujundatud maalapile jääv ala on kaitstud, on ümbritsevad alad peegelduvate lainete tõttu veelgi suuremas ohus. Lisaks tekitavad maavärinad väga suure ulatusega võnkeid. Nii suure amplituudiga võnkeid, et need võivad puuraukude kaitsekilbist sellega põrkumata mööduda.

Aukude asemel mets

Londoni kuningliku kolledži matemaatikud katsetavad koostöös Prantsusmaa partneritega teistsugust lahendust kasutades selleks puid. Puud toimivad resonaatoritena, võnkudes teatud sagedustel isegi suure amplituudiga laine puhul. Kui puud teatud viisil paigutada, suudavad need suunata seismiliste pinnalainete energia sügavale pinnasesse, kaitstes sel moel lainete kahjulike mõjude eest.

Kirjeldatud lahendus põhineb metamaterjalidel, tehislikul resonaatorite paigutusel, millel on ebatavalised neelduvad omadused. Metamaterjalidest “nähtamatuse mantleid” on kasutatud juba selleks, et muuta väga väiksed objektid valguslaineid ümber suunates silmale nähtamatuks. Nüüd saaks luua sarnaseid suuremõõdulisi versioone ja muuta hooned puude võnkumise abil maavärinatele “nähtamatuks”.

Metsad kaitsevad hooneid

Sellisel moel saaks ümbritseda näiteks ajaloolise lossi või tuumaelektrijaama metsaga ja suunata seismilised lained ümber kaitstava ala või pinnasesse. Hoone jääks sel juhul täiesti puutumata.

Aasta algul demonstreeris teadlaste rühm, et tihedad männimetsad käituvad loodusliku seismilise metamaterjalina. Katsete käigus tekitati vibratsioon ja mõõdeti selle mõjusid seismomeetriga. Ilmnes, et võnkuvad puud pakuvad paikset kaitset teatud sagedusega pinnalainete eest.

Looduslikus metsas täheldasid teadlased, et puude ebaühtlane kõrgus ja nendevahelised tühimikud pakuvad kaitset laiema sageduste ulatuse eest kui puude ühtlane paigutus. Kui mets kujundada nii, et selle kõrgus serva suunas kahaneb,kataksid nad veel laiema seismilise võnkesageduse.

Kaitse ka tehisliku värina eest

Teadlased kutsuvad seda “metakiiluks”, kuna kaitsva metsa kõrgus kahaneks serva suunas samamoodi nagu kiil ühest servast aheneb. Metakiilu võiks luua päris puudest või siis postidest, mis toimiks tehislike resonaatoritena. Metakiilud suudavad tõhusat kaitset pakkuda vaid kahest suunast tulevate lainete vastu, kuid teadlased loodavad ka selle mure lahendada.

Metakiile saaks kasutada igapäevasemate murede lahenduseks, hooneid ohustavate vibratsioonide tõrjumiseks. Üks näide on raudteed ümbritsevad alad, metamaterjali oleks võimalik paigutada rööbastee ja majade vahele jäävale alale, nii et lained suunataks pinnasesse või piirkonda, kus need võivad vaibuda.

Seismilised metamaterjalid huvitavad enim neid, kes otsivad kaitset tektoonilise maavärina eest. Itaalia teadlased korraldavad sarnaseid eksperimente, kus resonaatorid on paigutatud pinnasesse, mitte selle peale.

Kuningliku kolledži teadlased uurivad viisi, kuidas ka puuraukude süsteemi teha tõhusamaks. Teadlasrühm taotleb patenti selle lahenduse versioonile, mis toimib nende väitel isegi seismilistel lainepikkustel. Mõnedes maailmajagudes esineb väga väikseid, kuid üsna regulaarseid maavärinaid. Aastate möödudes tekitavad need hoonekahjustusi. Kui on teada, mis suunast maavärinad tavaliselt tulevad, on võimalik nende majade läheduses pinnast töödelda, puuraugud teha, nii et värinad peegelduvad lihtsalt kuhugile eemale. Selline lahendus võiks huvitada majaomanikke, kindlustusfirmasid ja ehitusettevõtteid.

Toimetaja: Virgo Siil



Kaader saatest "Uudishimu tippkeskus".

Video: millal muutuvad plast ja nanoosad kasulikuks ja millal ohtlikuks

„See on jah huvitav, et kui me räägime juuspeenest ja selle all me mõtleme midagi, mis on hästi peenikene, siis tegelikult saab palju peenemaks minna,“ märgib Andres Krumme, Tallinna tehnikaülikooli polümeeride tehnoloogia professor. Õigustatult tekib küsimus, miks ülipeenike on parem kui lihtsalt peenike?

ERR kasutab oma veebilehtedel http küpsiseid. Kasutame küpsiseid, et meelde jätta kasutajate eelistused meie sisu lehitsemisel ning kohandada ERRi veebilehti kasutaja huvidele vastavaks. Kolmandad osapooled, nagu sotsiaalmeedia veebilehed, võivad samuti lisada küpsiseid kasutaja brauserisse, kui meie lehtedele on manustatud sisu otse sotsiaalmeediast. Kui jätkate ilma oma lehitsemise seadeid muutmata, tähendab see, et nõustute kõikide ERRi internetilehekülgede küpsiste seadetega.
Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: