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

Бывает, помехи в виде других волн отсутствуют, что позволяет заметить ту самую единственную волну и расшифровать ее послание. В тихую, безоблачную ночь выпрыгивающая из воды в другом конце пруда рыбина заставляет отражение луны в воде танцевать и тем самым подсказывает рыбаку, куда забросить удочку. Однако чаще всего рядом с нужными нам волнами присутствуют другие, вносящие сумятицу, особенно сейчас, с развитием связи. В английском языке само слово broadcast[31] в буквальном смысле означает «посев вразброс», то есть разбрасывание семян на как можно большей площади и как можно более равномерно. То же самое можно сказать и о многих электромагнитных волнах — широкое вещание предполагает их прием на максимально большой территории. В каждый момент времени нас пронизывает бесчисленное множество электромагнитных посланий, волнами омывающих пространство вокруг; это сигналы радиостанций, средств связи аварийных служб, сигналы международного времени, а также сигналы мобильной связи, связи Wi-Fi, спутниковой, сигналы управления воздушным движением, текстовые сообщения, работа камеры контроля за скоростным движением, работа телеканалов, метеорологических радиолокаторов… Полную картину их столкновений и взаимодействий друг с другом — тут они накладываются, там переплетаются — представить в уме невозможно.

Из всей какофонии мы выуживаем одно-единственное зерно необходимой нам информации, и помогает нам в этом резонанс. Именно с его помощью удается вычленить переносимые волнами послания и сигналы. Благодаря резонансу хаос жизни упорядочивается, обретает ясность, а порой и красоту.

Протекающий по немецкой Баварии Айсбах (в переводе с немецкого — «ледяной ручей») представляет собой небольшой рукотворный водоток от реки Изар. Он течет вдоль проложенного под центральными улицами Мюнхена тоннеля, выходя из-под земли на территории парка «Английский сад».

Мшисто-зеленая вода, устремляясь из-под сводов тоннеля, тут же ударяется о вырастающий из бетонного основания крутой водораздел. Водораздел подбрасывает поток вверх, создавая стоячую волну около метра высотой — поток вздымается дугой и обрушивается на себя же, растекаясь вспененной водой. В летнее время на тротуаре Принцрегентен-штрассе, улицы, из-под которой вытекает Айсбах, собираются толпы галдящих туристов: свешиваясь с каменной балюстрады, они с любопытством разглядывают водный поток, фотографируют.

Но внимание их привлекает не столько волна, сколько седлающие ее серфингисты — те направляют свои доски вдоль стоячей волны, мчась с одного конца ледяного потока к другому. Местные жители катаются на волне Айсбаха еще с начала 1970-х — прямо в центре города, рядом с оживленной трассой. Канал всего метров десять шириной, на волне есть место только одному — выстраивается целая очередь из желающих прокатиться. Серфингист прыгает на передний склон стоячей волны и катается: с одной стороны водного потока до другой. Вода под серфингистом несется с приличной скоростью, но сам он остается на волне, поток его не уносит. Вода ледяная, и кататься можно только в специальном гидрокостюме; крутясь и выделывая невероятные прыжки, серфингисты порой окатывают зрителей на берегу тучей холодных брызг. Катаясь на такой волне, спортсмен в то же время никуда не удаляется — зрители видят каждое его движение с близкого расстояния, чего никогда не случается во время заплывов на океанических волнах. Только когда серфингист теряет равновесие или задевает поток краем доски, его уносит быстрым, в водоворотах, течением. И волну седлает следующий.

Серфинг на стоячей волне набирает в Мюнхене популярность. Серфингистов можно увидеть и на другом притоке этой же самой реки Изар — Флоссканале в местечке Флоссленде, что в южной части Мюнхена. Эта волна не такая внушительная, как волна Айсбаха, да и скорость потока медленней. Однако она устроена в самом широком месте канала, что позволяет большему числу зрителей понаблюдать за заплывами. Поэтому ежегодно в последнюю субботу июля там устраивают Мюнхенские открытые соревнования по серфингу. Это единственные соревнования в мире, проходящие в более чем 300 км от ближайшего побережья, а все благодаря стоячим волнам, формирующимся внутри бегущего потока.

Серфинг по-мюнхенски

* * *

Так что же такое стоячая волна?

Это волна, которая не перемещается из одной точки в другую. Нормальные, движущиеся волны берут начало из какого-либо источника и распространяются в виде колебаний через среду, которая сама целиком не перемещается. А вот гребни и подошвы стоячей волны, в отличие от волны обычной, никуда не перемещаются — надо сказать, такое поведение волне не свойственно. Почему же стоячие волны остаются «на приколе»? Тому может быть две разных причины, в зависимости от того, перемещается или нет сама среда, в которой они образуются, как, например, мюнхенский водоток.

Не зависящую от потока стоячую волну вы найдете и среди музыкальных инструментов. Именно благодаря ей звучит чистая нота. Дуньте в мундштук флейты — нормальные, свободно распространяющиеся звуковые волны пройдут вверх-вниз по столбу воздуха в инструменте.[32] Звуковые волны достигают обоих концов флейты и отражаются, возвращаясь обратно. Получается, что одни и те же волны распространяются назад и вперед по одному и тому же столбу воздуха — те, что отражаются от дальнего конца, проходят через те, которые идут со стороны мундштука. Сжатие (повышенное давление) и разрежение (пониженное давление) воздуха в любой точке по всей длине инструмента — результат наложения, или интерференции, распространяющихся вдоль флейты в обе стороны звуковых волн. Там, где две области максимального сжатия, пики волн, накладываются, воздух сжимается вдвойне. Там, где сжатие одной волны накладывается на разрежение другой — пик встречается с подошвой, — волны взаимно уничтожаются — образуется нормальное давление воздуха. Что же получается в результате интерференции одинаковых звуковых волн, распространяющихся туда и обратно по одному и тому же столбу воздуха? А вот что: там, где две волны всегда взаимно уничтожаются, порождая минимальные колебания атмосферного давления, образуются неподвижные узлы; там, где сжатия и разрежения накладываются, порождая максимальные колебания атмосферного давления, образуются пучности.