Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас

Претор-Пинни Гэвин

Пытаясь избежать подобной напасти, мореходы еще в стародавние времена придумали один хитроумный трюк: чтобы успокоить волнение, они выливали за борт рыбий жир или бросали тюки с пропитанной маслом ветошью, и волны становились тише. Древние греки считали, что такой любопытный эффект получался благодаря маслянистой пленке, распространявшейся на поверхности воды и снижавшей силу трения между ветром и водой: «В чем причина? — задается вопросом древнегреческий историк Плутарх. — Верны ли рассуждения Аристотеля о том, что ветер, скользя по глади морской поверхности, достигнутой таким способом, не оказывает на нее никакого воздействия и не поднимает волнения?»^{6}

Возможно, именно этот феномен лежит в основе чуда,

о котором свидетельствует живший в восьмом веке англосаксонский летописец и монах Беда Достопочтенный. В своей «Церковной истории народа англов» Беда описывает, как священник, которому предстояло отправиться в путешествие по суше, а вернуться морем, получает от епископа Айдана немного освященного масла — чтобы в случае бури, угрожающей кораблю, смирить ее. Предполагалось, что масло обладает чудесными свойствами — мгновенно успокаивает шторм, возвращая море в тихое, спокойное состояние.^{7} В 1757 году феноменом заинтересовался американский ученый-энциклопедист Бенджамин Франклин — наблюдая за поведением волн между соседними судами, идущими во главе каравана через Атлантический океан, он заметил нечто любопытное. Волнение на отрезке между двумя кораблями было гораздо слабее, нежели возле остальных кораблей. Разъяснение ученому дал капитан: наверняка в этом виноваты коки, которые слили грязную, промасленную воду через шпигаты в море. Судя по всему, случай запомнился ученому, потому как спустя шестнадцать лет Франклин в письме к другу Уильяму Браунриггу описал свой опыт, поставленный во время пребывания в Лондоне; целью опыта было изучение эффекта, оказываемого маслом на волнение:

«Наконец достиг я Клапама; в окрестностях Клапам-Коммон есть большой пруд, на котором однажды, в ветреную погоду, довелось мне наблюдать приличное волнение. С собой я принес графинчик масла, коего немного вылил в воду. Масло, к моему удивлению, быстро растеклось по поверхности воды. Однако волнение не улеглось, потому как вылил я масло с подветренной стороны пруда, там, где волны самые высокие — ветер отнес его назад, к берегу. Тогда я прошел к наветренной стороне, где волны и образуются; там-то масло, которого было не более чайной ложки, чудесным образом разлилось по площади в несколько квадратных метров, тут же успокоив волнение. Затем оно постепенно достигло и подветренной стороны — почти четверть пруда, с половину акра, напоминала зеркальную поверхность».^{8}

Однако Франклин так и не смог найти объяснение подобному воздействию масла на волны. Объяснению же древних греков, предположивших, что масло делает воду скользкой и тем самым препятствует сцеплению ветра и воды, недостает глубины.

На самом деле, решающий фактор здесь — тот эффект, который масло оказывает на поверхностное натяжение воды. Масло распространяется по поверхности воды в виде тончайшей пленки, своеобразной кожи; коэффициент поверхностного натяжения этой пленки ниже, чем у воды. В результате снижения коэффициента вода под влиянием ветра образовывает уже не высокие волны, а едва заметную — в один-два сантиметра — рябь капиллярных волн.

Вы скажете: едва заметная рябь — пустяк, не стоящий внимания, куда, мол, ей до жутких валов океанического шторма. Однако помните: эти едва народившиеся волны способствуют усилению трения между воздухом и водой. Они заставляют воющий ветер крепко вцепиться в склон волны, которая катит огромным валуном, и щедро поделиться с ней своей энергией. Масло, успокаивая рябь на поверхности воды, вполне способно тягаться с мощью ветра и остановить высоченный гребень, который вместо того, чтобы спокойно нести на себе корабль, грозит обрушиться на его палубу.

Но когда в следующий раз вы решите прогуляться на своей моторке, а за бортом вдруг начнется волнение, не торопитесь сливать масло из двигателя, поскольку ваш мини-разлив не возымеет никакого эффекта. Современные масла на основе нефти не годятся для усмирения шторма, для этого нужны

масла органического происхождения, например, масло жирных пород рыб — оно распространяется достаточно быстро и далеко, чтобы утихомирить «дочерей шкипера».

Пока мы неспешно прогуливались по Клапам-Коммон, ураганный ветер продолжал реветь: под надзором этого сурового воспитателя волны успели значительно подрасти. Они превратились в громады высотой под 12-15 м — с четырехэтажный дом, а их длина перевалила за 200 м. Теперь можно наблюдать на море окончательно сформированное волнение — волны достигли максимально возможной высоты при данной скорости ветра.

^{«Может, пока не поздно, вернем их в бюро проката?»}

^{Картина «Голландские корабли во время шторма», написанная Яном Порселлисом около 1620 года, демонстрирует последствия применения к волнам жестких методов воспитания} 

Однако высота волн, подстегиваемых ураганным ветром, зависит не только от силы этого самого ветра. Океанографы обнаружили и два других существенных фактора: длину разгона — площадь акватории, над которой ветер дует в одном направлении, и продолжительность действия ветра, неизменного по силе и направлению. Именно эти два фактора в конечном итоге и позволяют ответить на вопрос: приведет ли шторм к полностью развитому волнению или нет?

Чтобы представить, как наши волны будут выглядеть к концу третьего этапа своего развития, достаточно взглянуть на картину «Голландские корабли во время шторма» — миниатюрный шедевр кисти Яна Порселлиса, написанный им около 1620 года и хранящийся в лондонском Национальном морском музее.

Художник Самюэл Диркс ван Хогстратен, современник Порселлиса, называл его «Рафаэлем морской живописи».

Порселлис рисовал неспокойное море с натуры; благодаря его картинам жанр морского пейзажа, возникший всего около столетия назад, начал набирать популярность. Для творчества Порселлиса того периода характерен был малый размер работ — немногим больше листа формата А4. Наверняка голландские аристократы семнадцатого века, глядя на суровый, полный драматизма морской пейзаж, представляли жестокую потасовку в таверне, которую они подсматривают с улицы в окошко. Творимый безудержной морской стихией хаос наверняка в одинаковой степени и завораживал их, и повергал в ужас.

* * *

Наконец, шторм стих; наши волны вступают в четвертый этап своего жизненного цикла. Против всяких ожиданий, с убылью ветра беспорядочное мельтешение вершин и подошв вовсе не сменяется тихим, едва заметным покачиванием. Подросшие за время шторма волны все так же перекатываются по водной поверхности, только их уже ничто не подталкивает. Из вынужденных волн, подгоняемых ветром, они превращаются в свободные волны. Их настроение меняется до неузнаваемости; они мужают, входят в пору зрелого возраста, оставляя прошлое далеко позади.

Буйные ветровые волны сменяются спокойной зыбью. Однако, хотя шторм и миновал, энергия, которую он передал воде, не может просто взять и исчезнуть. Волны продолжают двигаться, но уже без понуждения воздушных потоков — просто перекатываются себе. По мере взросления окончательно сформировывается их характер.

Волны на поверхности моря, приведенные в движение, отдают окружающей среде на удивление немного энергии. А значит, способны совершать дальние путешествия. То же количество энергии, которым они все же делятся, идет в основном на образование барашков — данный процесс называют затуханием; волны с особенно крутыми склонами теряют некоторое количество энергии в момент сопротивления встречному ветру. Лишь зачаточные капиллярные волны теряют большую часть своей энергии из-за вязкости самой воды. Таким образом, крупная зыбь, появляющаяся после шторма, способна преодолевать поистине гигантские расстояния.