Slidenie Dubļu Slīdēšanas Noteikumi

{h1}

Matemātiķis e. Brūss pitāns cenšas izprast slaidumu un citu gružu plūsmas, izmantojot lietišķo matemātiku.

Šis raksts Aiz ainas tika piegādāts WordsSideKick.com sadarbībā ar Nacionālo zinātnes fondu.

Dubļu slīdēšana. Zemes nogruvumi. Plūst vulkāniski gruveši. Lavīnas. Krītošās klintis...

Viņi var aprakt un iznīcināt mājas, ceļus un pat pilsētas ar nelielu brīdinājumu vai bez tā. Nesen mums bija dramatiski atgādinājumi par šāda veida dabas katastrofu neparedzamību un mainīgumu: purva slīdēšana Oso, Wash., Kas nogalināja 41 cilvēku, lavīna Mt. Everests, kas nogalināja 13 pieredzējušās šerpas, un ne fatāls, bet iznīcinošs, samērā lēni notiekošs zemes nogruvums, kas notika aprīļa vidū Džeksonā, Vaiomingā.

Kaut arī senais Pompejas ir tikai viens dramatisks, vēsturisks atgādinājums par Mātes Dabas pārsteiguma spēku, tas, kas jau sen šķitis neparasti aprēķināms, kļūst… labi, aprēķināms.

Pieaugušie var atcerēties vienkāršas matemātikas stāstu problēmas no pamatskolas, piemēram, "Ja lavīnas plūsma pārvietojas ar ātrumu 50 metri sekundē, cik ilgs laiks būs vajadzīgs, lai norītu ciematu, kas atrodas 30 kilometru attālumā?" Diemžēl ģeologiem un citiem, kas pēta slaidumus, zemes nogruvumus, vulkānisko gružu plūsmas, lavīnas un klinšu krišanu, dati padara risinājumu tālu no vienkāršas algebras.

Galu galā māla, vulkāniskie un sniegotie materiāli - visi tie var ātri pārvietoties lejup - to dara ar mainīgu ātrumu atkarībā no to sastāva, to ģeoloģisko īpašību sastāva, pār kuriem tie plūst, un laikapstākļiem. Lai arī var būt grūti modelēt veidu, kā klintis, ledus, lava un vulkāniskās gāzes pārvietojas un kur tās, visticamāk, nonāks pēc vulkāna vai īpaši mitrā pavasarī, šādu analīžu rezultāti galu galā var atbalstīt politikas veidošanu, pilsētplānošanu, apdrošināšanas risku novērtēšana un, pats galvenais, sabiedrības drošība.

Viens no NSF finansētajiem matemātiķiem, E. Brūss Pitmans no Bufalo universitātes, ir pētījis plūstošo granulēto materiālu modelēšanas dinamiku kopš 2001. gada, kad viņa inženieru un ģeoloģijas kolēģi sanāca kopā, lai sāktu novērtēt vulkāna plūsmu.

"Jūs redzat šos brīnišķīgos vulkāna izvirdumus ar plūdiem, bet gravitācijas straumes iet lejā no kalna pat tad, ja visi šie sīkumi nonāk gaisā," sacīja Pitmans. "Tas var būt ļoti nāvējošs. Un atkarībā no kalna - ja kalnā ir sniegs - tad jums ir šāda dubļaina veida purvs, tāpēc tas var iet vēl ātrāk lejup." (Vulkānu plūsmas un dubļu slīdēšana ir piemēri tam, ko ģeo zinātnieki sauc par gravitācijas straumēm.)

Saskaņā ar Slimību kontroles un profilakses centriem, nogruvumu un gružu plūsmu dēļ Amerikas Savienotajās Valstīs katru gadu notiek 25 līdz 50 nāves gadījumu. ASV Ģeoloģijas dienests (USGS) ziņo, ka "visos 50 štatos un ASV teritorijās ir zemes nogruvumi un citas zemes izgāšanās problēmas", tostarp 36 štatos ar "mērenu vai ļoti smagu zemes nogruvumu draudiem", tostarp Apalaču un Klinšu kalnos Klusā okeāna piekrastē. reģionos un Puertoriko. USGS norāda, ka apgabali, kas nopostīti ugunsgrēku vai pārmērīgas attīstības dēļ, ir īpaši jutīgi pret kaprīzēm, ko parasti sauc par "zemes neveiksmēm".

Pitmans pēdējos 13 gadus ir pavadījis, pētot Soufrière Hills vulkāna plūsmas Montserratā, Kolimas vulkānā uz rietumiem no Mehiko un Ruapehu vulkānu Jaunzēlandē. Sadarbojoties ar inženieri, kura kompetence ir augstas veiktspējas skaitļošana, statistiķiem un vairākiem ģeologiem, Pitmans pēta ģeofiziskās masas plūsmas, īpaši vulkāniskās lavīnas un pirolastiskās (karsto gāzu un iežu) plūsmas, kas ir “sausas” plūsmas.

"Mēs sākām modelēt vulkānu plūsmas kā sausa vulkāna plūsmas, tāpēc vienādojums aprakstīja materiālu kā katru daļiņu berzes dēļ slīdot pāri nākamajai daļiņai, "sacīja Pitmans." Tomēr mēs zinājām, ka tās nav tikai cietās daļiņas. Var būt arī gaiss vai ūdens, tāpēc mēs izstrādājām citu modeli. Tas, protams, apgrūtina analīzi. Pārklājot slidkalniņus, jums jāņem vērā dubļi, kas ir viskoplastisks šķidrums - daļēji līdzīgs šķidrumam, bet arī spējīgs deformēties kā plastmasas materiāls un nekad neatsitīsies. Mitros vai sausos materiālos varat veikt pamatotas prognozes, jo plūsma ir vairāk vai mazāk vienāda. Ar dubļiem to izdarīt ir daudz grūtāk. "

Pitmans paskaidroja, kā darbojas matemātiķis, lai izstrādātu zemes nogruvuma prognozējošo modeli.

"Ir trīs jautājumi," viņš teica:

"Pirmkārt, vai kaut kas notiks? Tas ir ļoti grūti - kas notiek zem zemes? Kur atrodas ūdens slānis? Cik daudz mitruma ir augsnē? Kāda ir augsnes struktūra? Tā kā mēs nevaram izskatīties zem zemes, mums ir jāizdara visa veida pieņēmumi par situāciju, kas rada grūtības.

"Otrkārt, ja notiks slīdēšana, kādas teritorijas ir apdraudētas? Tas ir kaut kas, ko ar matemātikas modeli var cerēt izskaidrot. Labi, vai slīdēs austrumu, rietumu, ziemeļu vai dienvidu nogāze? Cik liela plūsma? Kuras teritorijas lejup pa straumi ir apdraudētas?

"Visbeidzot, jums ir jājautā, kura modeļa daļa jums visvairāk rūp. Tas palīdz vienkāršot modelēšanu. Pēc tam jūs izpildāt scenārijus, kas notiek, ja, lai noteiktu vislielāko risku. Vai tā ir riska teritorija un notiek dubļu slīdēšana regulāri? "

Mums varētu būt tendence domāt, ka lavas plūsmas ir daudz sarežģītāk modelēt, ņemot vērā karstumu un eksplozīvu spēku, saka Maikls Stjuervalts, Nacionālā zinātnes fonda Matemātisko zinātņu nodaļas direktors. Tomēr krasi atšķirīgu daļiņu izmēru un formu sajaukums - sākot no netīrumu graudiem līdz cilvēkiem, automašīnām, mājām, laukakmeņiem un kokiem - var ievērojami sarežģīt slaidu modeli.

Montserratas Belhamas ieleju pārspēj laāri - vulkānu plūsmas, kas palika augstāk kalna malā un intensīvu lietus dēļ tika noskalotas. 2011. gadā E. Brūss Pitmans pievienojās inženieriem, statistiķiem un ģeozinātniekiem, kuri 2011. gadā tur pētīja 15 gadu izvirdumus. Pitmans faktiski stāv uz pirmā stāva jumta. Purva slīdēšana māju iznīcināja pirms 10 gadiem.

Montserratas Belhamas ieleju pārspēj laāri - vulkānu plūsmas, kas palika augstāk kalna malā un intensīvu lietus dēļ tika noskalotas. 2011. gadā E. Brūss Pitmans pievienojās inženieriem, statistiķiem un ģeozinātniekiem, kuri 2011. gadā tur pētīja 15 gadu izvirdumus. Pitmans faktiski stāv uz pirmā stāva jumta. Purva slīdēšana māju iznīcināja pirms 10 gadiem.

Kredīts: Elaine Spiller, Marketas universitāte.

"Ja jūs mēģināt secināt, piemēram, kur zem šī dubļu slīdkalna atrodas māja, kas agrāk tur atradās augšup (kopā ar tās iemītniekiem), tad modelis patiešām ir ļoti sarežģīts," sacīja Stjuervalts. "Matemātika arī neatrisinās šo problēmu atsevišķi. Bet, izmantojot topogrāfiskos datus, augsnes datus un nokrišņu prognozes, varētu veikt novērtējumus par to, kur neveidoties, un riska aplēses. Šī patiešām ir iespēja matemātiķiem, kas apvienojas ne tikai ar statistiķiem., bet arī ar ģeogrāfiem, ģeo zinātniekiem un inženieriem. "

Visbeidzot, procesam nepieciešami labi dati. Bet tas attiecas arī uz izpratni par to, kur modelis ir vienkāršojis vienādojumu un radījis "kļūdas".

"Tas var likties savādi, bet tas nav par perfekta modeļa izstrādi," sacīja Pitmans. "Visos modeļos tajās ir kļūdas, jo mēs veicam vienkāršojumus, lai apvilktu smadzenes ap fiziskajiem procesiem darbā. Galvenais ir šo kļūdu kvantificēšana."

Būtībā matemātiķim ir jāzina, kur vienkāršot vienādojumu, un tas arī nāk ar viņa sadarbības pieeju un darbu ar citiem ekspertiem, piemēram, vulkanologiem, un pēc tam saskarsmi ar sabiedriskās drošības amatpersonām.

Puisim, kurš piektajā klasē "ienīda" matemātiku un sākotnēji ar izcilību nodarbojās ar fiziku, šis darbs ir kļuvis par kaut ko tādu, ko viņš mīl, bet arī par kaut ko tādu, kas, viņaprāt, liek mainīt. "Man patīk, kā šis darbs mani stiepj, un manas iespējas saprast citas jomas," viņš teica. "Es izpētīšu, kas viņus interesē un kas vienkārši varētu būt mazais āķis, kas man ļauj izdalīt problēmu."

Pētniekus, kas attēloti rakstos Aiz aizkulisēm, ir atbalstījis Nacionālais zinātnes fonds - federālā aģentūra, kuras uzdevums ir finansēt pamata pētījumus un izglītību visās zinātnes un inženierzinātnes jomās. Visi viedokļi, secinājumi un secinājumi vai ieteikumi, kas izteikti šajā materiālā, ir autora viedoklis, un tie ne vienmēr atspoguļo Nacionālā zinātnes fonda uzskatus. Skatiet aizkulišu arhīvu.


Video Papildinājums: .




Pētniecība


Ham Radio Tiek Modernizēts, Izmantojot Modernās Tehnoloģijas
Ham Radio Tiek Modernizēts, Izmantojot Modernās Tehnoloģijas

Uzliesmojošs Un Ātrs Hiperskaņas Reaktīvais Spēks 2018. Gada Atklāšanai
Uzliesmojošs Un Ātrs Hiperskaņas Reaktīvais Spēks 2018. Gada Atklāšanai

Zinātne Ziņas


Kāds Ir Maksimālais Augstums Augstiem Papēžiem?
Kāds Ir Maksimālais Augstums Augstiem Papēžiem?

Vai Jūs Tiešām Izmantojat Tikai 10 Procentus No Jūsu Smadzenēm?
Vai Jūs Tiešām Izmantojat Tikai 10 Procentus No Jūsu Smadzenēm?

Attēli: Antarktikas Odiseja - Majestātiskie Transantarktīdu Kalni
Attēli: Antarktikas Odiseja - Majestātiskie Transantarktīdu Kalni

Kas Ir Iemesls Nesenajam Autisma Pieaugumam Asv?
Kas Ir Iemesls Nesenajam Autisma Pieaugumam Asv?

Vai “Galvaskausa Teorija” Var Atklāt Vēl Nedzimuša Bērna Dzimumu?
Vai “Galvaskausa Teorija” Var Atklāt Vēl Nedzimuša Bērna Dzimumu?


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com