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MACCHINA PER TERREMOTI

Obiettivo

  • Riconoscere le forze che determinano lo scorrimento di una faglia
  • Simulare il ciclo sismico
  • Osservare come le faglie interagiscono tra loro

Descrizione

Questo esperimento è composto da un piano di legno (che rappresenta il piano di faglia) coperto da carta vetrata (l’attrito) sul quale viene fatto scorrere un blocco di marmo (sforzo normale) agganciato ad una molla (il materiale crostale) collegata ad un verricello. Girando il verricello molto lentamente (lento movimento delle placche tettoniche) si osserva cosa fanno la molla e il blocco.

La prima cosa che si vede è che mentre la molla comincia ad allungarsi, accumulando energia elastica, il blocco di marmo rimane inizialmente fermo. Sul blocco di marmo agiscono due forze: la forza peso perpendicolare al tavolo che lo tiene fermo e la seconda, parallela al tavolo, che lo tira verso il verricello.

Quando lo sforzo tangenziale supera il prodotto tra lo sforzo normale e il coefficiente di attrito statico \tau \geqslant \mu \sigma_n, il blocco di marmo scivola sul piano istantaneamente, provocando un “terremoto”.

La molla torna quindi alla sua forma originale perché l’energia elastica che aveva accumulato nella fase di carico viene rilasciata attraverso lo scorrimento del blocco.

Continuando a girare il verricello si osserva di nuovo la molla che si allunga e poi il blocco scorrere molte volte simulando un ciclo sismico. Se misurassimo con un righello l’entità dello scorrimento del blocco ci accorgeremmo che lo spostamento cambia di volta in volta. Lo stesso si potrebbe osservare se con un cronometro calcolassimo per quanto tempo la molla accumula energia prima di provocare un nuovo terremoto. Possiamo quindi dedurre che non riuscendo a stimare con esattezza il tempo di ricorrenza di una rottura e lo scorrimento associato in un contesto così “semplice” è difficile poterlo fare nel caso di faglie reali.

Nella realtà le faglie non sono uniche e isolate dalle altre ma sono vicine e interagiscono tra di loro. Proviamo a simulare questa condizione collegando con una seconda molla due blocchi di marmo in serie. Si osserva che i blocchi “parlano” tra di loro: quando uno dei due blocchi scorre, cambia la tensione sulla seconda molla cosa che può provocare lo scorrimento anche del secondo blocco. Proviamo adesso ad aggiungere un secondo blocco sopra il primo e continuiamo a girare il verricello. Questa volta lo sforzo perpendicolare al piano di faglia è più grande e quindi serve uno sforzo tangenziale maggiore per far muovere il doppio blocco di marmo. Man mano che giriamo il verricello la molla accumula energia elastica. Immaginiamo adesso che, prima che la nostra faglia raggiunga il punto di rottura, una faglia vicina si muova cambiando le condizioni di sforzo sulla prima riducendo lo sforzo normale. Simuleremo questa condizione togliendo il secondo blocco. Quello che si osserva è che il blocco di marmo scorre improvvisamente. Quindi le condizioni affinché una faglia si attivi possono essere raggiunte in due modi: per aumento dello sforzo di taglio o per la diminuzione di quello normale al piano di faglia.