Liukastumisten Liukkaat Säännöt

{h1}

Matemaatikko e. Bruce pitman pyrkii tuntemaan, että mudat ja muut roskat virtaavat soveltamalla matematiikkaa.

Tämä kulissien takaa koskeva artikkeli toimitettiin WordsSideKick.com -ohjelmalle yhteistyössä National Science Foundationin kanssa.

Mutavyöryt. Maanvyörymiä. Tulivuorenpurkaus virtaa. Lumivyöryt. Putoavia kiviä...

He voivat haudata ja tuhota koteja, teitä ja jopa kaupunkeja, joissa on vain vähän tai ei ollenkaan varoitusta. Äskettäin meillä on ollut dramaattisia muistutuksia tämäntyyppisten luonnonkatastrofien ennalta arvaamattomuudesta ja vaihtelevuudesta: Oso, Wash., Joka tappoi 41 ihmistä, lumivyöryn Mt. Everest, joka tappoi 13 kokeneesta Sherpasta, ja ei-kuolemaan johtavasta, mutta tuhoisasta, suhteellisen hidasta maastapoistumisesta, joka tapahtui huhtikuun puolivälissä Jacksonissa, Wyomingissa.

Vaikka antiikin Pompeii on vain yksi dramaattinen, historiallinen muistutus Äiti Luonnon yllätyksestä, se, mikä on kauan tuntunut poikkeuksellisen arvaamattomalta, on tulossa... hyvin, laskettavissa.

Aikuiset voivat muistaa yksinkertaisen matemaattisen tarinan ongelmat peruskoulusta, kuten "Jos lavantaajuus liikkuu 50 metriä sekunnissa, kuinka kauan se kestää 30 kilometrin päässä sijaitsevasta kylästä?" Valitettavasti geologit ja muut tutkivat mudslides, maanvyörymät, tulivuorenpurkausvirheet, lumivyöryjä ja kallion lasku, tiedot tekevät ratkaisun kaukana yksinkertaisesta algebrasta.

Loppujen lopuksi maaperäiset, vulkaaniset ja lumiset materiaalit - jotka kaikki voivat siirtyä nopeasti alamäkeen - tekevät niin vaihtelevinopeuksin riippuen niiden koostumuksesta, geologisten ominaisuuksien koostumuksesta, jonka yli ne virtaavat ja säästä. Vaikka onkin vaikeaa kuvitella, miten kiviä, jäätä, laavaa ja tulivuorokaasuja todennäköisesti liikkuu ja missä ne todennäköisesti tulevat tulivuorenpurkauksen jälkeen tai erityisen märän kevään aikana, tällaisten analyysien tulokset voivat lopulta tukea poliittista päätöksentekoa, kaupunkisuunnittelua, vakuutusriskien arviointi ja ennen kaikkea yleinen turvallisuus.

Yksi NSF: n rahoittama matemaatikko, Buffalo Universityn yliopisto, Bruce Pitman, on tutkinut virtaavan raemaisen materiaalin mallinnuksen dynamiikkaa vuodesta 2001, jolloin hänen insinööri- ja geologian kollegat kokoontuivat alkuun arvioimaan tulivuoren virtausta.

"Näet nämä upeat tulivuorenpurkaukset laumoilla, mutta painovoima virtaa alas vuorelta, vaikka kaikki nämä tavarat nousevat ilmaan", Pitman sanoi. "Se voi olla erittäin tappava, ja vuorelta riippuen - jos vuori on lunta - niin sinulla on tämä mutainen muta, joten se voi mennä vieläkin nopeammin alamäkeen." (Vulkaaniset virtaukset ja liukumäet ovat esimerkkejä siitä, mitä geoscientists kutsuvat painovoimavirtoja.)

Tautien torjunnan ja ennaltaehkäisyn keskusten mukaan maanjäristykset ja roskat aiheuttavat vuosittain 25-50 kuolemantapausta Yhdysvalloissa. US Geological Survey (USGS) kertoo, että "kaikki 50 valtiota ja Yhdysvaltain alueet joutuvat kokemaan maanjäristyksiä ja muita maasulkuhäiriöitä", mukaan lukien 36 valtiota, joissa on "kohtalaisia ​​tai erittäin vakavia maanvyöryä", joihin kuuluvat Appalakit ja Rocky Mountains, Tyynenmeren rannikko alueet ja Puerto Rico. USGS toteaa, että alueet, jotka ovat paljastuneet metsäpalojen tai ylituotannon takia, ovat erityisen alttiita yleisesti "maa-epäonnistumiksi" kutsuttujen hajujen vuoksi.

Pitman on viettänyt viimeisten 13 vuoden aikana tutkimuksia Montserratin Soufrière Hills-tulivuoren virroista, Colima-tulivuoresta Mexico Cityn länsipuolelta sekä Ruapehun tulivuoresta Uudessa-Seelannissa. Pitman tutkii geofysikaalisia massavirtoja, erityisesti vulkaanisia lumivyöryjä ja pyroclastisia (kuuma kaasu ja kalliot) virtauksia, jotka ovat "kuivia" virtoja. Hän työskentelee insinöörin kanssa, jonka asiantuntemus on korkean suorituskyvyn laskennassa, tilastotieteilijöillä ja useilla geologeilla.

"Aloitimme vulkaniittivirtojen mallintamisen kuiva vulkaaniset virtaukset, joten yhtälö kuvasi materiaalia, kun jokainen hiukkanen kitkasti liukui seuraavan hiukkasen yli, "Pitman sanoi." Tiesimme kuitenkin, että se ei ollut vain kiinteitä hiukkasia. Voisi olla myös ilmaa tai vettä, joten kehitimme toisen mallin. Tämä luonnollisesti tekee analyysin vaikeammaksi. Liukastuissa sinun on otettava huomioon muta, joka on visko- plastista nestettä, joka on osittain nestemäistä, mutta joka myös pystyy muuntumaan kuin muovimateriaali eikä koskaan rebound. Märissä tai kuivissa materiaaleissa voit tehdä kohtuullisia ennusteita, koska virtaus on enemmän tai vähemmän sama. On paljon vaikeampaa tehdä niin muta. "

Pitman selitti tapaa, jolla matemaatikko pyrkii kehittämään ennustemallin maanvyörymään.

"On kolme kysymystä", hän sanoi:

"Ensinnäkin on jotain tapahdu, se on tunnetusti vaikeaa - mitä tapahtuu maan alla, missä on vesipöytä, kuinka paljon kosteutta maaperässä, mikä on maaperän rakenne, koska emme voi katsoa maan alla, meidän on tehtävä kaikenlaisia ​​oletuksia maaperästä, mikä aiheuttaa ongelmia.

"Toiseksi, jos liukua esiintyy, mitkä alueet ovat vaarassa ?, Se on jotain, mitä matemaattisella mallilla voitte selittää. OK, onko itä, länsi, pohjoinen tai etelä rinteessä luiskahtumassa? Kuinka suuri virtaus? Mitkä alat tuotantoketjun loppupäässä ovat vaarassa?

"Lopuksi sinun on kysyttävä, mikä osa mallia olet eniten huolissasi, mikä auttaa sinua yksinkertaistamaan mallintamista ja sitten teet mitä-jos skenaarioita määrittää suurin riski. Onko se alue vaarassa ja mudslides tapahtuu säännöllisesti?"

Voimme olla halukkaita ajattelemaan, että laavavirrat ovat paljon monimutkaisempia mallintaa lämpöä ja räjähdysvoimaa koskevien ongelmien vuoksi, sanoo matemaattisten tieteiden kansallisen tiedesäätiön osaston johtaja Michael Steuerwalt.Kuitenkin dramaattisesti erilaisten hiukkaskokojen ja -muotojen sekoitus - joka vaihtelee lian jyvistä ihmisiin, autoihin, taloihin, kivirakenteisiin ja puihin - voi huomattavasti vaikeuttaa liukumallia.

Montserratin Belhamin laaksot ylittyvät laharien kautta - tulivuoren virtaukset, jotka pysyivät korkeammalla vuorenrinteellä ja pestyvät voimakkaiden sateiden vuoksi. Vuonna 2011 E. Bruce Pitman liittyi insinööreihin, tilastotieteilijöihin ja geotieteellisiin tutkijoihin, jotka vuonna 2011 tutkivat 15 vuotta erupteja. Pitman todella seisoo ensimmäisessä kerroksessa. Mudslides pudotti talon 10 vuotta aikaisemmin.

Montserratin Belhamin laaksot ylittyvät laharien kautta - tulivuoren virtaukset, jotka pysyivät korkeammalla vuorenrinteellä ja pestyvät voimakkaiden sateiden vuoksi. Vuonna 2011 E. Bruce Pitman liittyi insinööreihin, tilastotieteilijöihin ja geotieteellisiin tutkijoihin, jotka vuonna 2011 tutkivat 15 vuotta erupteja. Pitman todella seisoo ensimmäisessä kerroksessa. Mudslides pudotti talon 10 vuotta aikaisemmin.

Luottamus: Elaine Spiller, Marquette University.

"Jos yrität esimerkiksi päätellä, mistä tässä mudan alla on talo, joka oli aiemmin siellä (yhdessä sen asukkaiden kanssa), niin malli on todella monimutkainen", Steuerwalt sanoi. "Matematiikka ei ratkaise tätä ongelmaa yksin, mutta topografisten tietojen, maaperätietojen ja sademäärän ennusteiden kanssa voisi tehdä arvioita siitä, mistä ei rakentaa ja arvioida riskejä. Tämä on todellakin matemaatikkojen mahdollisuus,, mutta myös maantieteilijät, geotieteilijät ja insinöörit. "

Lopulta prosessi tarvitsee hyviä tietoja. Mutta on myös käsitys siitä, missä mallissa on yksinkertaistettu yhtälö ja luonut "virheitä".

"Tämä voi kuulostaa oudolta, mutta ei ole kyse täydellisen mallin kehittämisestä", Pitman sanoi. "Kaikilla malleilla on virheitä, koska yksinkertaistamme ajetamme fyysisten prosessien ympärillä töissä. Avain määrittelee nämä virheet."

Joten matemaatikon täytyy tietää, missä yksinkertaistetaan yhtälöä, ja se tulee myös yhteistoiminnalliseen lähestymistapaan ja työskentelee muiden asiantuntijoiden, kuten vulkanologien, kanssa ja sitten liittää siihen julkisen turvallisuuden virkamiehiä.

Kaveri, joka "vihaa" matematiikkaa viidennessä luokassa ja joka on fysiikan pääaineenaan alun perin yliopistossa, on muuttunut sellaiseksi kuin hän rakastaa, mutta myös jotain, jossa hän tuntee olevansa erilainen. "Rakastan, kuinka tämä työ ulottuu minulle ja kykyni ymmärtää muita kenttiä", hän sanoi. "Minulla on mahdollisuus tutkia, mikä kiinnostaa heitä ja mitä vain saattaa olla pieni koukku, joka sallii minun puristaa ongelman."

Kulissien takana kuvattujen tutkijoiden artikkeleita on tukenut kansallisen tiedesäätiön, jonka tehtävänä on rahoittaa perustutkimusta ja koulutusta kaikilla tieteen ja tekniikan aloilla. Tässä aineistossa esitetyt mielipiteet, havainnot, päätelmät tai suositukset ovat tekijän kirjoituksia eivätkä ne välttämättä kuvasta National Science Foundationin näkemyksiä. Katso kohtausten takana oleva arkisto.


Video Täydentää: Liikenneturvan bändi: Ennakoi liukkaat kelit!.




Tutkimus


3D-Tulostus: Mikä 3D-Tulostin On Ja Miten Se Toimii?
3D-Tulostus: Mikä 3D-Tulostin On Ja Miten Se Toimii?

Ultrasound Voi Lisätä Aivojen Suorituskykyä
Ultrasound Voi Lisätä Aivojen Suorituskykyä

Tiede Uutiset


Varhainen Trooppinen Storm Alberto Spied By Nasa Satellite
Varhainen Trooppinen Storm Alberto Spied By Nasa Satellite

Kuinka Hirmumyrsky Irman Tuulet (Tilapäisesti) Tyhjennetty Tampa Bay
Kuinka Hirmumyrsky Irman Tuulet (Tilapäisesti) Tyhjennetty Tampa Bay

Katso Live Feed Underwater Volcano Tänään
Katso Live Feed Underwater Volcano Tänään

Birdwatch: Technicolor Turkki Urheilu Iridescent Feathers
Birdwatch: Technicolor Turkki Urheilu Iridescent Feathers

Kuvat: Weird 4-Legged Snake Oli Siirtymäkauden Creature
Kuvat: Weird 4-Legged Snake Oli Siirtymäkauden Creature


FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com