Гэвин Претор-Пинни - Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас

Если бы во времена Хогарта существовал аттракцион «американские горки», художник обязательно упомянул бы и его. Нам ведь нравятся волнообразные изгибы рельсовой дорожки, правда? Все мы время от времени переживаем подъемы и падения, даже если в действительности они не столь часты, как на аттракционе. На нашем пути вырастают преграды-«горки», преодолевая которые, мы поднимаемся на новую ступень, к новым высотам — к гребню волны. После чего грядет неизбежное, сопровождаемое тошнотой и стиснутыми до белых костяшек кулаками, падение.

Не потому ли частенько мы слышим, что, мол, «эмоции скачут вверх-вниз — ни дать ни взять американские горки»? Однако справедливости ради стоит заметить, что в реальной жизни, погружаясь с головой в пучину эмоций, мы не болтаем ногами и не визжим как резаные.

Кстати, разве у человеческого тела и волны не много общего? К тому времени, как вы достигаете преклонных лет, в вашем состарившемся организме не остается ни единой молекулы новорожденного. Вы растете благодаря тому, что питаетесь; в конце концов заменяется каждый атом кислорода, водорода, азота, а также других элементов, составлявших ваше младенческое тельце. Можно сказать, что, поглощая воздух, воду и пишу, мы их заимствуем — точно так же, как океаническая волна заимствует воду, через которую проходит.

В этом смысле мы похожи на волны. Если бы вам удалось сделать стоп-кадр океанической волны, катящей свои воды к берегу, вы бы сказали, что застывший волшебным образом водяной холм перед вами — и есть волна. Но волны не застывают во времени. В действительности частицы воды не перемещаются вместе с волной, они смещаются лишь незначительно; волна же, вернее, форма волны, а если уж совсем строго — энергия, — катится дальше. И хотя временные рамки у волны и человека сильно разнятся, принцип один: волна проходит через водную среду точно так же, как вы проходите через вашу «среду», — все те физические элементы, из которых ваше тело и состоит.

Однако созерцание колебаний океанических волн может увести вас совсем не в ту степь — вы начнете мыслить как завзятый хиппи. И, сами того не заметив, погрузитесь в дзенские размышления на тему духовного, что, мол, все взаимосвязано, чувак, ну, типа, на глубинных уровнях.

Итак, поговорим о пятом, заключительном, этапе жизненного цикла наших волн. Вполне возможно, что достигшая солидного возраста группа волн в таком необычном составе прошла не одну сотню километров. И лишь у берега их ждет еще одно превращение. Пожалуй, самое впечатляющее, не в последнюю очередь потому, что знаменует их смерть. Этот этап хорошо знаком нам с вами, существам, обитающим на суше, — пенистые волны с шипением накатывают на берег, высвобождая энергию.

Их лебединая песнь начинается у мелководья. На глубине волнового воздействия — в половину длины волны, когда вода едва движется с волнами, — волны впервые «встречаются» с дном. Перемещение их оснований замедляется из-за трения с морским дном. Замедляясь, волны теснятся и растут, из пологих вновь становясь крутыми, с острыми, трохоидальными вершинами — совсем как в пору мятежной юности, когда яростные штормовые ветры задавали им трепку.

Превращение глубоководных волн в мелководные окончательно завершается на глубине в одну двадцатую длины волны — вода не может больше перемещаться по круговой траектории. Движение ниже поверхности волны происходит по траектории все уплощающегося овала — воды, через которую проходит волна, становится все меньше и меньше. Орбиты сжимаются все сильнее, и, наконец, вода ниже поверхности перемещается исключительно взад-вперед.

Теперь поведение волн определяется правилом: чем мельче, тем волна перемещается медленнее. Благодаря этому правилу и возникает великолепное, эффектное зрелище — волна, разбивающаяся каскадом пены.

Происходит это следующим образом. Из-за уклона поверхности дна передние гребни волнового цуга замедляют свое движение. Представим, что в беге на марафонскую дистанцию лидер забега спотыкается. Бегущие за ним тоже падают — получается куча-мала. То же самое происходит и с волнами: они теснятся, и вода устремляется в единственно доступном направлении — вверх.

При определенном уклоне поверхности дна у волн остается достаточно энергии — они поднимаются слишком высоко и теряют устойчивость. Получается, что ниже уровня воды подошва замедляется, в то время как гребень продолжает движение. В результате волна «запинается» — гребень летит вперед и обрушивается на себя же.