Юный техник, 2014 № 12

«Не нужна нам с неба манна, нам бы только ванна, ванна», — пели когда-то студенты. Рискнем предположить, что распевали эту песенку, вероятно, студенты-физики, которым ванна нужна не только для купания, но и для постановки разного рода экспериментов. Похоже, кое у кого такой обычай сохранился и поныне. Во всяком случае, вот что обнаружили совсем недавно ученые из австралийского Национального университета (Australian National University, ANU) и других научных учреждений. Об их работе говорится в статье, опубликованной в престижном научном журнале Nature Physics.

«Если вы когда-нибудь пытались достать какой-либо предмет, удаляющийся от вас по поверхности воды, то вам наверняка известно, что это не просто, — пишут исследователи. — В некоторых случаях движения руками, которые должны привлечь этот объект к вам, оказывают совершенно противоположное действие — предмет начинает отдаляться. Но почему так происходит?» Попытавшись разобраться в этом, исследователи обнаружили, что для того, чтобы заставить объект перемещаться по поверхности воды строго в заданном направлении, необходимо создать волны определенного вида.

В своих экспериментах ученые использовали шарики для настольного тенниса и предметы другой формы, плавающие на поверхности воды в резервуаре, снабженном генераторами волн. Задавая амплитуду, частоту и направление волн, ученые могли остановить мячик на месте, отодвинуть его от генератора или даже заставить его двигаться в направлении, противоположном направлению распространения волн. При этом как-то неожиданно выяснилось, что до сих пор нет математических описаний процессов, заставляющих объекты передвигаться по поверхности воды в отсутствие ветра. Пришлось исследователям поместить в воду множество частичек, подобных чаинкам. С их помощью и удалось выяснить, что колебания волн производят перемещения верхних слоев воды в определенном направлении.

«Мы выяснили, что волны на воде, которые имеют достаточно сложную трехмерную форму и высота которых превышает определенный порог, производят что-то наподобие течений в верхних слоях воды, — пояснил профессор Майкл Шэтс. — Мы назвали это течение «водяным силовым лучом» и выяснили, что он, тянущий объект в сторону источника волн, является лишь частным случаем поверхностных течений. В более сложных случаях эти течения могут иметь сложную форму вплоть до вихрей».

По словам руководителя проекта доктора Горста Пунцмана, исследователи были весьма удивлены тем, что явление, которое достаточно легко воспроизводится в любой ванне, никто раньше не изучил и не описал математически. «Ведь именно им можно описать некоторые наблюдаемые людьми феномены, к примеру, когда лодку или пловца относит от берега, несмотря на то что ветер и волны движутся совсем в другую сторону», — подчеркнул Пунцман.

В том же направлении работает и ведущий научный сотрудник Лаборатории фундаментальных основ передачи информации ИППИ РАН Григорий Фалькович. Вместе со своими коллегами из Израиля и Австралии он научился управлять волнами и передвигать посредством них предметы. По словам Фальковича, «главный вывод работы в том, что, возбуждая волны разных форм и амплитуд, можно эффективно создавать течения на поверхности воды и управлять этими течениями. В частности, нам удавалось создавать вихри и потоки и менять направления их течения путем небольших изменений единственного параметра — амплитуды возбуждаемой волны». Он добавил, что метод возбуждения сравнительно прост — это вертикально колеблющиеся тела разной формы.

По-настоящему трудная часть работы — это разработка новых методов визуализации течения на поверхности, ставшая возможной благодаря работе австралийских экспериментаторов. В то же время роль Фальковича заключалась в обсуждении идейной и качественной стороны работы и описании результатов.

«Пока что мы умеем гонять шарик от пинг-понга туда-обратно. Если дать волю фантазии, то, вполне вероятно, результаты этих исследований смогут стать основой новых технологий сбора разлившейся по воде нефти, мусора, притягивания дрейфующего судна или пловца, попавшего в невидимое подводное течение, или даже захвата малых судов, например, катеров с сомалийскими пиратами», — сказал Фалькович.

В настоящее время ученые работают над более детальным изучением обнаруженного ими явления. Ну, а мы с вами можем провести свою собственную серию исследований, использовав домашнюю ванну или даже обычный тазик с водой.