Что мы знаем о волнах моря
Что мы знаем о волнах моря
Я. Лесной
Если
бы мы могли оседлать Уэльсовскую «машину времени», умчаться на ней в туманную
даль прошедшего и оттуда взглянуть на наш земной шар, – мы не узнали бы его.
Миллионы лет тому назад материки не только имели совсем иные очертания, но и
сама поверхность этих материков имела совершенно иной вид: иные, чуждые нам
ландшафты покрывали их, произрастали иные растения и водились иные животные.
Человека с его городами, распаханными полями и дорогами – тогда еще не было...
Лишь одно оставалось неизменным во все геологические периоды: это вид морского
простора. Миллионы лет тому назад по нему перекатывались те же волны, которые
бороздят его и теперь. Вид волнующейся водной поверхности – это самый древний
ландшафт, какой мы знаем на земле. Да и в наши дни он самый распространенный:
ведь, две трети всей поверхности нашей планеты покрыты водой!
Но
можно ли сказать, что этот древнейший и распространеннейший ландшафт знаком нам
лучше всех других? Едва ли. Нас невольно влечет к себе суровая красота бурного
моря, она вдохновляет поэтов и художников, – но все же о морских волнах нам
известно не много. Даже самый род этого волнообразного движения большинство
людей представляет себе совершенно неправильно.
В
самом деле, – большинство людей думает, что волны как бы скользят по
поверхности моря, движутся по ней, как вода в речном ложе. Но это неверно: в
волнующемся море перемещается только форма движения, сами же волны колеблются лишь
вверх и вниз. Случалось ли вам видеть, как неспокойное море движет щепку, лодку
или вообще какой-нибудь плавающий предмет? Обратите внимание, что быстро
бегущие волны вовсе не увлекают с собой этот предмет, а лишь мерно качают его
вверх и вниз. Море волнуется совершенно так же, как «волнуется желтеющая нива»:
колосья не изменяют своего места на поле, каждый колос лишь немного
откачивается вперед, чтобы затем снова стать прямо, – а между тем вы видите,
как по полю бегут одна за другой волны. Это бежит форма движения, а не сами
колосья.
Пословица
«мирская молва – что морская волна» удивительно наглядно иллюстрирует этот
своеобразный род движения. Чтобы какая-нибудь весть разнеслась по всему городу,
не нужно, чтобы люди сами перебегали из одного конца города в другой: молва
передается из уст в уста.
Этим
морские волны отличаются от тех песчаных волн, которыми ветер бороздит пустыни
и прибрежные местности: здесь волнообразные холмы песка реально, сами по себе,
перемещаются, а не движется лишь форма их, как на море.
Вот
почему волны моря бегут с такой огромной быстротой, обгоняя часто наши «скорые»
поезда: скорость волн в 5...6 сажен в секунду, или 40 верст в час – не
редкость. Если бы перемещалась не форма движения, а сами водные массы, такая
скорость была бы невозможна.
Но
мы еще ничего не сказали о той причине, которая порождает волны. Этой причиной,
как известно, является ветер, т.е. течение воздуха. Ударяя по воде, ток воздуха
изгибает ее поверхность; образуется углубление, – но в следующий момент
опустившиеся частицы воды с силой выталкиваются вверх, так что на месте
углубления образуется возвышение. Это возвышение, опускаясь под действием
тяжести вниз, вновь заменяется долиной, и т.д. Каждая частица воды в
волнующемся море движется только вверх и вниз, – но волнение, начавшись в одной
точке, передается соседним частицам, распространяется все далее и далее,
захватывая огромный район. Движение волнующегося поля довольно хорошо
иллюстрирует это явление.
Но
ветер – не единственная причина волнения моря. Другая, более редкая причина,
это землетрясения, происходящие близ берегов. Такие волны не высоки, но очень
длинны и распространяются с необыкновенной быстротой, иногда свыше 600 верст в
час! Но подобного рода волны наблюдаются гораздо реже, чем волны, происходящие
от ветра. В дальнейшем мы будем иметь в виду преимущественно эти последние.
Как
велики волны? Нам часто приходится слышать о колоссальных размерах морских
волн, о водяных горах, высотою с многоэтажный дом. Точные измерения разрушили
эту легенду о неимоверной высоте волн, и любопытно, что чем точнее были
измерения, тем волны оказывались ниже. В открытом море волны редко достигают
более 6-ти сажен высоты; это предельная высота, обычно же волны не бывают выше
3 сажен, так что 5-ти-саженную волну нужно уже рассматривать, как исключение.
Но
если так, то откуда же, – спросит читатель – пошли эти рассказы о гороподобных
морских волнах, рассказы, которые приходится слышать подчас от самых
добросовестных очевидцев? Здесь дело кроется в любопытной иллюзии зрения. Волны
в открытом море приходится наблюдать, конечно, с палубы кораблей, которая во
время волнения не остается горизонтальной, а нагибается во все стороны. Когда
палуба, при килевой качке, наклоняет пассажира к морю, он видит перед собой
водяные громады волн – и невольно переоценивает их высоту, так как считает ее
не от горизонтальной поверхности, а от наклонной палубы. Другими словами,
пассажир мысленно измеряет не вертикальное поднятие волны, а длину ее склона.
Вследствие этого оптического обмана, который, конечно, не сознается пассажиром,
волны и представляются ему такими громадными.
Интересно
отметить, что высота волн далеко не одинакова во всех морях. Чем глубже море,
чем обширнее его поверхность, чем меньше на нем островов и мелей, мешающих
беспрепятственному движению водных масс и ветра – тем волны больше. При этом
некоторое значение имеет и соленость воды, – вернее, ее плотность. Соленая вода
тяжелее пресной и менее поддается усилиям ветра, чем пресная; оттого-то чем
соленее вода, тем волны ниже. Вот почему, при равных площадях, озера бывают
более бурны, чем морские бухты, отделенные от моря скалами и песчаными банками.
Но если площади водяных бассейнов не равны, то, как мы уже упоминали, волны их
будут неодинаковы. На нашем Каспийском море волны гораздо мельче, чем в
обширном Средиземном море, а в этом последнем они опять-таки значительно
мельче, чем в Атлантическом океане. В свою очередь атлантические волны никогда
не достигают тех размеров, которые устрашают плавателей Антарктического океана,
свободно раскинувшегося на огромном пространстве южного полушария.
До
сих пор мы говорили о высоте волн и еще ничего не сказали об их длине, т.е. о
расстоянии между гребнями (или между долинами) двух соседних волн. Чем выше
волны, тем больше их ширина, и существует довольно простое соотношение между
этими двумя величинами; а именно – ширина примерно в 30...40 раз более высоты.
Волны трехсаженной высоты достигают 100 сажен в длину, а 5...6 саженные, т.е.
самые высокие волны, могут достигать в длину до полуверсты.
Нас
может интересовать здесь еще один вопрос: как глубоко под воду распространяется
волнение? Это не праздный вопрос, – он имеет важное практическое значение для
подводного плавания, при прокладке морских кабелей и т.п. Еще недавно
принималось, что глубина распространения волнения равна 300-кратной высоте
волн. Отсюда следует, например, что когда на поверхности моря ходят волны в 3
сажени, то отголоски этого волнения ощущаются еще на глубине 3х300 = 900 сажен,
т.е. почти двух верст. В настоящее время сомневаются, что волнение могло бы
простираться на такую глубину. Прямыми измерениями установлено, впрочем, что на
глубине 100 сажен оно еще ощущается, так что безмятежное плавание
Жюль-Верновского «Наутилуса» неглубоко под уровнем бурного моря принадлежит к
области фантазии.
Многие
даже не подозревают о том громадном значении, какое имеет в природе волнение
моря. Для человека, вверяющего морю свои корабли, волнение – явление
нежелательное: мы много бы дали, чтобы беспредельный простор океана был всегда
покоен и недвижим. Но совсем иначе относятся к этому те многочисленные живые
существа, которые живут в его бездонных глубинах. Волнение увеличивает
поверхность соприкосновения воды с воздухом, и тем способствует проникновению в
толщи водных масс кислорода, без которого невозможна жизнь. Вот какую важную
роль играет волнение в экономии природы! Ломая и погребая наши корабли, бури
вносят живительный эликсир в беспредельный подводный мир.
Впрочем,
недалеко уже время, когда и человек будет извлекать пользу из морских волн,
оденет на них ярмо и заставит приводить в движение свои механизмы.
Рис.
1. Машина Рансома
Казалось
бы странным говорить о порабощении морских волн человеком, – однако, уже и
теперь сооружаются механизмы, приводимые в движение ничем иным, как волнением
моря. Для примера мы опишем здесь недавно изобретенную машину американского
инженера Рансома. Цель машины – использовать энергию морских волн для сгущения
воздуха, которым, как известно, можно приводить в движение всевозможные
механизмы. Устройство машины Рансома не сложно. Через блок A перекинута
веревка, к которой привешены пустая железная коробка B и груз C. Волна,
поднимая плавучую коробку В, тем самым вращает блок A и соединенное с ним
зубчатое колесо. Это последнее движет поршни цилиндров D. Когда волна спадает,
с ней вместе опускается также коробка B, и зубчатое колесо движется в обратном
направлении. Механизм устроен так, что при всяком движении зубчатого колеса
поршни в цилиндрах движутся попеременно вперед или назад, все время нагнетая
воздух в цилиндры D. Сжатый воздух поступает по трубке E в резервуар F, где и
накапливается. Таким образом, в резервуаре всегда имеется даровой источник
энергии в форме сжатого воздуха; остается только пустить его в дело.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.n-t.org/