Занимательное волноведение. Волнения и колебания вокруг нас - Гэвин Претор-Пинней

Взобравшись на вершину скалы, мы увидели пассажирский корабль — он покачивался на волнах. Сверху волны виделись совсем иначе. Беспорядочное мельтешение гребней образовывало на поверхности воды рябь, в которой отражалась поблескивающая дорожка солнечных лучей. Под искрящейся рябью небольших волн можно было разглядеть гораздо более мощное, упорядоченное волнение, накатывавшее из атлантических глубин. Одна плавная волна следовала за другой в спокойном, умиротворяющем темпе; по моим предположениям, расстояние между двумя волнами равнялось 15-18 м. Этот караван солидных гребней разительно отличался от гребешков, беспокойно снующих по поверхности. Но и кроткие великаны прошли под пучком водорослей, не смыв его. Более того, на месте остался и рыболовный траулер, возвращавшийся с уловом, хотя, казалось бы, волны должны были увлечь его к берегу — именно так на их месте поступили бы водные течения. Очевидно, что масса воды, на которой покачивался траулер, после прохождения волны осталась на месте.

Но если ни эти волны, ни те, за которыми мы наблюдали, сидя под скальным выступом, нельзя назвать водой в движении, что же они такое? Что двигалось из открытого моря к берегу?

* * *

Ответ — энергия.

Вода — лишь транспортное средство, при помощи которого энергия из одной области перемещается в другую. Вода — та самая среда, через которую энергия проходит. Поверхность океана заряжается энергией; океан вполне можно представить как тело медиума, а энергию — как дух из потустороннего мира.

Хотя… так, да не совсем.

Скорее даже, совсем не так.

Но мне нравится представлять воду в образе старухи-медиума в лиловом балахоне, с большими, громко бренчащими серьгами, принимающей посетителей в дальней комнате. Старуха кладет узловатые руки на стол, а когда она встает, вместо нее уже говорит дух вашей умершей бабушки. Глаза старухи закатываются, в уголках рта выступает пена; она утробным голосом вещает: «Тут по телевизору и смотреть-то нечего». После чего дух покидает тело медиума — и старуха без сил валится в кресло, требуя позолотить ей ручку.

Понятно ли вам теперь, что океаническая волна — это энергия, проходящая через толщу воды? Или вы еще не разобрались? Вообще-то, воде в момент прохождения через нее энергии не свойственно подскакивать прямо вверх и обрушиваться прямо вниз (в отличие от старухи-медиума, в которую вселился дух). Если бы нам с Флорой случилось наблюдать за пучком водорослей далеко от берега, где мерно накатывают широкие волны, мы бы увидели, каким образом пучок движется в моменты прохождения гребня и подошвы волны. Приближающаяся волна слегка притягивает пучок к себе. Подошедший гребень выносит его на поверхность и в самой верхней точке подъема немного протаскивает по ходу волны. Затем водоросли погружаются вниз, увлекаемые подошвой волны, и возвращаются практически на прежнее место. При волнении вода у поверхности моря перемещается по круговой траектории.

Не так-то просто представить, как вода остается на месте, а энергия движется дальше, поэтому, говоря о волне, я для наглядности буду обращаться к ее размерам. Едва заметная рябь отличается от гигантских волн цунами двумя категориями: высотой и так называемой длиной волны.

Высотой волны считается разница между гребнем и подошвой. Ученые в таком случае говорят об амплитуде. Обычно амплитуда представляет собой половину высоты волны, поскольку сравниваются уровень гребня волны и уровень спокойной воды; она удобней для схематического изображения волн. На мой взгляд, гораздо сподручнее измерять высоту волны от гребня до подошвы.

Длина волны — это расстояние от одного гребня, или пика, до другого. И хотя при слове «волна» мы чаще всего представляем единичный гребень воды (и используем термин для описания любого отдельно взятого пика), в океане одинокие волны не встречаются. Они неизменно путешествуют в компании, поэтому термином «волна» обозначают как один гребень, так и цуг гребней и подошв. Зачастую — мы это наблюдали, находясь под скальным выступом на корнуоллском берегу, — волнение на поверхности воды такое беспорядочное, что определить длину волны хотя бы приблизительно невозможно. Только обозревая с вершины скалы упорядочение двигающиеся широкие волны, можно сказать, на каком расстоянии друг от друга находятся гребни: на большом, когда один гребень удален от другого, или малом — гребни теснятся друг к дружке.

Как измерить океаническую волну

Эти две величины дают общее представление о размере волн в тот или иной момент, но вот об их движении ничего не говорят. А как вам авторитетно заявит любой серфингист, волны — и есть движение. Тут-то нам и пригодится такое понятие, как частота волны, — это количество гребней, проходящих через определенную точку (например, торчащую из воды жердь) в каждую секунду. Если говорить о мелкой ряби, какая образуется от брошенного в пруд камешка, то счет проскакивающих определенную точку волн идет не на единицы, а на десятки. Однако нас не особенно интересуют настолько малые волны — едва заметная рябь не заставит серфингиста в азарте схватить свою доску, не причинит вред буровой вышке, на что способны гигантские валы. Нас интересуют волны, которые гораздо больше обычной ряби — один гребень следует за другим с интервалом в целых шестнадцать секунд. В данном случае частота волны составляет одну шестнадцатую, то есть 0,0625 гребней в секунду. Но оперировать такими величинами неудобно, поэтому ход океанических волн измеряют в периодах; период — это всего-навсего количество секунд между двумя гребнями, проходящими через определенную точку.

Форма волны меняется в зависимости от степени ее крутизны

К основным характеристикам океанической волны помимо размера и движения относится еще и форма. Некоторым волнам, когда они вздымаются и опадают, присущи широкие, симметричные колебания, в профиле приближающиеся к синусоиде — она показана в верхней части схематического рисунка волн.

Большинство же волн имеют другую форму. Чем круче волна, тем менее она похожа на синусоиду. Скорее ее форму можно назвать формой трохоиды. Трохоида симметрична лишь относительно вертикальной оси, ее остроконечные пики отделяются друг от друга плавными подошвами. Однако крутая волна вовсе не обязательно будет большой. Те беспорядочные гребешки, которые мы с Флорой наблюдали под скальным выступом, были не скругленными, а заостренными. Определяющая форму волны крутизна зависит от высоты волны относительно ее длины, а вовсе не от общего размера. Даже маленькие волны, если они, что называется, едва не наступают друг дружке на пятки, будут крутыми и, следовательно, своей формой повторят трохоиду.

* * *

Облака и океанические волны иногда похожи, но внешнее сходство — не единственное, что их роднит. На самом деле, прибойные волны, пускай и косвенно, принимают участие в формировании облаков. Когда гребни волн достигают берега и обрушиваются на самих себя, под воздействием турбулентности образуется бесчисленное множество крошечных воздушных пузырьков, которые лопаются — и в воздухе образуется взвесь из мельчайших водяных капелек. Вода испаряется, а маленькие частицы соли так и остаются в воздухе; воздушный поток подхватывает их и увлекает в верхние слои атмосферы. Эти микроскопические частицы соли являются одними из самых эффективных ядер конденсации, формирующих большинство облаков — на них начинает оседать невидимый глазу водяной пар. В результате образуются крошечные капельки — низкие облака. Только не подумайте, будто прибойная волна способствует образованию облаков прямо над собой — она способствует лишь тому, что ядра конденсации, эти важные составляющие облака, всегда носятся в нижних слоях атмосферы. Верно и обратное — облака, по крайней мере грозовые тучи, играют определенную роль в формировании волн. Это может показаться странным, особенно если вы, сидя в тени слегка колышущейся пальмы на пляже какого-нибудь курортного местечка в экзотической стране, наблюдаете за лениво лижущим берег прибоем. Набегающая волна кажется спокойной, она напоминает мерное дыхание океана — непрерывную череду вдохов и выдохов. Однако под мягкостью накатывающих волн скрывается их буйный нрав. Эти гостьи, такие кроткие и безмятежные у берега, зародились среди хаоса и шквального ветра бури, разыгравшейся где-то далеко в открытом море и давным-давно стихшей.