and they've become more deadly as our cities have grown,

都市が成長するにつれ、彼らはより致命的になってきています。

with collapsing buildings posing one of the largest risks.

最大のリスクの一つである建物の倒壊に伴い

Why do buildings collapse in an earthquake,

地震で建物が倒壊するのはなぜか。

and how can it be prevented?

そして、どのようにして防ぐことができるのでしょうか？

If you've watched a lot of disaster films,

災害映画をたくさん見てきた人は

you might have the idea

心当たりがあるかもしれない

that building collapse is caused directly by the ground beneath them

倒壊は直下型

shaking violently, or even splitting apart.

激しく揺れたり、分裂したりすることもあります。

But that's not really how it works.

でも、実際にはそうはいきません。

For one thing, most buildings are not located right on a fault line,

一つには、ほとんどの建物が断層の上にあるわけではない。

and the shifting tectonic plates go much deeper than building foundations.

そして、地殻プレートの移動は、建物の基礎を作るよりもはるかに深いところにまで及んでいます。

So what's actually going on?

で、実際はどうなってるの？

In fact, the reality of earthquakes and their effect on buildings

実は地震の実態と建物への影響

is a bit more complicated.

はもう少し複雑です。

To make sense of it, architects and engineers use models,

それを理解するために、建築家やエンジニアはモデルを使っています。

like a two-dimensional array of lines representing columns and beams,

柱と梁を表す線の二次元配列のようなものです。

or a single line lollipop with circles representing the building's mass.

または、建物の質量を表す円を持つ単線のロリポップ。

Even when simplified to this degree, these models can be quite useful,

ここまで単純化しても、これらのモデルはかなり有用です。

as predicting a building's response to an earthquake

じしんかんよそく

is primarily a matter of physics.

は主に物理学の問題です。

Most collapses that occur during earthquakes

地震時に発生する倒壊のほとんどが

aren't actually caused by the earthquake itself.

実際には地震そのものが原因ではありません。

Instead, when the ground moves beneath a building,

その代わり、建物の下で地面が動くと

it displaces the foundation and lower levels,

それは基礎と下のレベルを変位させます。

sending shock waves through the rest of the structure

衝撃波を構造物の残りの部分に送る

and causing it to vibrate back and forth.

と、前後に振動させる。

The strength of this oscillation depends on two main factors:

この振動の強さは、主に2つの要因に依存しています。

the building's mass, which is concentrated at the bottom,

建物の質量は底部に集中しています。

and its stiffness,

とその硬さ。

which is the force required to cause a certain amount of displacement.

これは、一定の変位を起こすのに必要な力です。

Along with the building's material type and the shape of its columns,

建物の材質の種類や柱の形状と一緒に。

stiffness is largely a matter of height.

剛性は高さの問題が大きい。

Shorter buildings tend to be stiffer and shift less,

背の低い建物は硬くなりがちで、シフトが少なくなる傾向があります。

while taller buildings are more flexible.

一方、背の高い建物の方が柔軟性に富んでいます。

You might think that the solution is to build shorter buildlings

短めのビルドで解決すると思うかもしれませんが

so that they shift as little as possible.

なるべくずれることのないように

But the 1985 Mexico City earthquake is a good example of why that's not the case.

しかし、1985年のメキシコシティ地震は、それがなぜそうではないのかを示す良い例です。

During the quake,

地震の時に

many buildings between six and fifteen stories tall collapsed.

6階建てから15階建てのビルが多く倒壊した。

What's strange is that while shorter buildings nearby did keep standing,

不思議なのは、近くの背の低いビルが立ち続けているのにも関わらず。

buildings taller than fifteen stories were also less damaged,

15階建てより高い建物も被害が少なかった。

and the midsized buildings that collapsed

と倒壊した中規模ビル

were observed shaking far more violently than the earthquake itself.

は、地震そのものよりもはるかに激しく揺れているのが観測されました。

How is that possible?

そんなことが可能なのか？

The answer has to do with something known as natural frequency.

答えは、固有振動数として知られているものに関係しています。

In an oscillating system,

揺れるシステムでは

the frequency is how many back and forth movement cycles occur within a second.

周波数は、1 秒以内に何回前後の運動サイクルが発生するかを表しています。

This is the inverse of the period,

これは周期の逆数です。

which is how many seconds it takes to complete one cycle.

これは、1サイクルを完了するのに何秒かかるかを示しています。

And a building's natural frequency, determined by its mass and stiffness,

そして、建物の固有振動数は、その質量と剛性によって決定されます。

is the frequency that its vibrations will tend to cluster around.

は、その振動が集まりやすい周波数です。

Increasing a building's mass slows down the rate at which it naturally vibrates,

建物の質量を増やすと、自然に振動する速度が遅くなります。

while increasing stiffness makes it vibrate faster.

剛性を上げると振動が速くなります。

So in the equation representing their relationship,

だから、彼らの関係を表す方程式では

stiffness and natural frequency are proportional to one another,

剛性と固有振動数は比例します。

while mass and natural frequency are inversely proportional.

質量と固有振動数は反比例します。

What happened in Mexico City was an effect called resonance,

メキシコシティで起きたことは、共鳴と呼ばれる効果でした。

where the frequency of the earthquake's seismic waves

ここで、地震の地震波の周波数は

happen to match the natural frequency of the midsized buildings.

たまたま中規模の建物の固有振動数と一致しています。

Like a well-timed push on a swingset,

タイミングよくスイングセットを押すように。

each additional seismic wave amplified the building's vibration

地震波のたびに建物の振動が増幅される

in its current direction,

その現在の方向に

causing it to swing even further back, and so on,

それがさらに後ろに振られるなどして

eventually reaching a far greater extent than the initial displacement.

最終的には、最初の変位よりもはるかに大きな範囲に達します。

Today, engineers work with geologists and seismologists

今日、エンジニアは地質学者や地震学者と一緒に仕事をしています。

to predict the frequency of earthquake motions at building sites

建築現場での地震動の頻度を予測するために

in order to prevent resonance-induced collapses,

共鳴による崩壊を防ぐために

taking into account factors such as soil type and fault type,

土壌の種類や断層の種類などの要因を考慮に入れています。

as well as data from previous quakes.

また、過去の地震のデータも含めて

Low frequencies of motion will cause more damage to taller

動きの周波数が低いと、背の高い方がダメージを受けやすくなります。

and more flexible buildings,

と、より柔軟性の高い建物を目指しています。

while high frequencies of motion pose more threat

高い周波数の動きはより脅威となりますが、高い周波数の動きはより大きな脅威となります。

to structures that are shorter and stiffer.

を、より短く、より硬い構造物に変更することができます。

Engineers have also devised ways to abosrb shocks

エンジニアはまた、ショックをアブソルブ化する方法を考案しました。

and limit deformation using innovative systems.

革新的なシステムを用いて変形を制限します。

Base isolation uses flexible layers

ベースアイソレーションは柔軟な層を使用しています

to isolate the foundation's displacement from the rest of the building,

基礎の変位を建物の他の部分から隔離するために。

while tuned mass damper systems cancel out resonance

同調されたマスダンパーシステムは共振を打ち消す一方で

by oscillating out of phase with the natural frequency

固有振動数と位相がずれて振動することで

to reduce vibrations.

を使用して振動を軽減します。

In the end, it's not the sturdiest buildings that will remain standing

結局、立ったままの頑丈な建物ではなく

but the smartest ones.

しかし、頭の良い方は