Warum Bambus Stäbchen klingt wie ein Erdbeben, wenn sie brechen

Die Klänge Bambus Stäbchen zu strahlen, wenn sie eingerastet sind die Hälfte sind bemerkenswert ähnlich wie die Gesetze, die das Ausmaß und die Häufigkeit von Erdbeben zu regieren. Solche Einsichten könnten eines Tages helfen Ingenieure bestimmen, genauer gesagt wann eine Brücke oder ein Damm, beispielsweise könnte zu versagen.

Gibt es eine blühende Gemeinde von Forschern, die studieren, wie Dinge zu Bruch. Gibt es Seismologen, um sicher zu sein, sondern auch Physiker und Materialwissenschaftler, studiert wie die verschiedenen Werkstoffe versagen in der Hoffnung, Herstellung robustere Flugzeugtragflächen oder stärkeres Glas für Autoscheiben. In der Regel beginnt ein Riss zu bilden im Inneren des Materials als Reaktion auf eine äußere Kraft, wie ein Fels schlagen eine Windschutzscheibe. Der Riss wird dann schneller und schneller, verbreiten Verzweigung in eine Muster-Reminiszenz an Fischgräten oder ein Blitz, bis das Material Struktur völlig versagt.

Die Sounds wie Risse durch Materialien zu verbreiten sind nützlich für die akustische Überwachung. Diese Technologie wird routinemäßig eingesetzt, um mögliche Risse in Strukturen wie Brücken, Dämme oder Gebäude, die möglicherweise nicht sofort wahrnehmbar über herkömmlichen Überwachungsmethoden zu erkennen. Die besseren Wissenschaftler verstehen jene Töne, desto besser werden unsere akustische Überwachungssysteme.

In der Vergangenheit haben Wissenschaftler studierte Dinge wie die akustischen Eigenschaften von Beton, Kohle, Papier, Stein und Holzplatten und auffallende Ähnlichkeiten zu den akustischen Emissionen von Erdbeben zu finden. Aber diese Objekte sind in der Regel an mehreren Stellen zu Bruch – auch trockene Spaghetti, das war das Thema einer 2005 Studie untersucht, warum ein paar Spaghetti fast nie in zwei Stücke rastet. Dies macht es schwierig, um experimentelle Daten zu interpretieren.

Das ist, wo die Stäbchen kommen – speziell die Bambus Sorte so häufig nach Taiwan und China. In einem neuen Papier in Physical Review Lettersbeschreiben Physiker an der National Taiwan University, wie sie den Klang des Bambus Stäbchen schnappen, da Bambus nur selten an mehreren Stellen gleichzeitig Frakturen zu studieren wollte.

Die NTU-Wissenschaftler nahmen Bambus Stäbchen, einen Kraft-sensing Widerstand an einem Ende fest und legte sie in eine Fraktur-Maschine. Es sieht aus wie ein Schraubstock: die Ess-Stäbchen ist durch eine verschraubte Platte gehalten, und ein beweglicher Metall-Block gilt Druck um die Ess-Stäbchen bis zum äußersten zu komprimieren. Der ganze Apparat befindet sich in einer schallisolierten Kammer ausgestattet mit Mikrofonen die zerbrechenden Sounds aufzeichnen. Als Steuerelemente testete die Forscher auch schlicht Bambusstöcke direkt aus dem Baum und bündeln von Spaghetti Stränge. (Letztere teilt eine ähnliche Struktur wie Querschnitt, Bambus, pro Bild oben.)

Das Ergebnis: die Knistern, produziert von einem brechen Bambus Stäbchen (und ein Bündel von trockenen Spaghetti) zufolge gab es einen Schock Hauptwelle, gefolgt von mehreren Nachbeben als die Risse durch die Bambus propagiert-im Einklang mit den drei gemeinsamen Gesetze, Erdbeben und Nachbeben.

Es ist üblich, auf Simulationen für das Studium dieser Arten von Frakturen, verlassen aber die NTU Wissenschaftler eigentlich abgeleitet das Gutenberg-Richter Gesetz, das die Beziehung zwischen Erdbebenstärke und Frequenz beschreibt. Es ist eine Art von Potenzgesetz, wobei in einer bestimmten Region gibt es viel mehr kleineren Erdbeben, während wirklich großen seismischen Ereignisse sind selten. (Dies gilt auch für Städte.)

Sie fanden auch Parallelen zu Omori und Bad Recht, die das Verhalten von Nachbeben beschreiben: nämlich die Rate der Nachbeben sinkt mit der Zeit schnell, und der Unterschied in der Größe zwischen einem Hauptbeben und seine größte Nachbeben ist ungefähr konstant. Kurz gesagt, schlossen "die Statistik dieser akustischen Ereignisse gezeigt korrelieren mit der Tremor," die Autoren in ihrem Papier.

[Physical Review Letters]

Bilder: Tsai, s-. T. Et Al./National Taiwan University.