Занимательное волноведение. Волнения и колебания вокруг нас

Организация, ответственная за строительство, пригласила профессора Ф.Б. Фаркуарсона с инженерного факультета Вашингтонского государственного университета: поперечные волны надо было каким-то образом погасить. Тогда никто и не думал, что они могут представлять серьезную опасность — несмотря на колебания, мост эксплуатировали в обычном режиме.

Профессор Фаркуарсон возвращается после неудачной попытки спасти Табби, оставшегося на мосту Такома-Нэрроуз. Видите едва заметные движения крутильных волн?

Однако 7 ноября ровный ветер, дувший со скоростью 18,8 м в секунду, вызвал опасное скручивание центрального подвесного пролета длиной в восемьсот метров. Скручивание оказалось настолько сильным, что Леонард Коутсворт, к тому времени доехавший до середины моста, не справился с управлением и резко затормозил. Бетонное покрытие вокруг машины пошло трещинами; выпрыгнувшего из автомобиля Коутсворта отбросило на дорогу. Добраться до задней дверцы машины, чтобы спасти беднягу Табби, Коутсворт не смог. Сам он с полкилометра полз на коленях — из-за колебаний моста его то и дело бросало на бетон, — пока не оказался на устойчивом пролете; его ладони и колени кровоточили.

В тот день ветер стал причиной очередных, еще более сильных колебаний. Как только профессор Фаркуарсон услышал о вовсю «галопирующем» мосте, он схватил кинокамеру и выехал на место, чтобы увидеть все своими глазами. Приехав, он тут же заметил, что вибрации, проходящие вдоль центрального пролета, имеют характер именно крутильных волн, а не уже известных поперечных, во время которых полотно поднимается и опускается. Проезжая часть центрального пролета сначала поднималась с одной стороны, потом с другой: крутильные волны проходили по всей его длине туда и обратно. Ветер не давал конструкциям моста погасить крутильные колебания: когда пролет под воздействием ровного ветра начинал слегка раскачиваться, они постепенно нарастали.

Профессор установил кинокамеру возле мостовой опоры, где колебания были минимальными, и снимал машину Коутсворта на центральном пролете — она раскачивалась, резко кренясь.[14] Коутсворт рассказал профессору о несчастном псе на заднем сидении. Профессор наверняка был из собачников — он решил, что животное нужно немедленно спасти.

И вот, с трубкой в руке, Фаркуарсон отошел от мостовой опоры, бодро вышагивая по центру полотна. Он старался идти по двойной сплошной — она как раз служила осью, вокруг которой мост скручивался, и была относительно устойчива. Однако края полотна каждые две секунды поднимались и опадали уже метра на три.

Машина находилась ближе к левому краю моста, и Фаркуарсону пришлось сойти с центральной разметки — он шел, пошатываясь, напоминая подвыпившего каскадера. Открыв заднюю дверцу, профессор попробовал выманить Табби из машины. Однако из-за крутильных колебаний пса швыряло из стороны в сторону; он был так напуган, что инстинктивно цапнул протянутую к нему руку. Профессору самому нелегко было удерживать равновесие — ведь мост ходил ходуном, поэтому пришлось оставить Табби. Так укус стоил псу жизни.

Профессор успел добраться до твердой поверхности раньше, чем центральный пролет моста обрушился. Крутильные колебания в конце концов расшатали фермы моста — они рухнули в воду, увлекая за собой машину и оставшегося в ней несчастного Табби.

На следующий день в газетах напечатали интервью с очевидцем происшествия Леонардом Коутсвортом: «Вокруг меня все с треском ломалось, с рухнувшим мостом рушились чьи-то надежды — я становился свидетелем настоящей трагедии… Но ужаснее всего была мысль о том, какую весть я принесу дочери совсем скоро. А ведь я мог спасти ее любимца».^{34}

* * *

Мы делим механические волны на поперечные, продольные и крутильные, то есть змеиные волны, волны дождевых червей и волны Табби, но, по правде говоря, в природе многие волны представляют собой комбинацию из двух или трех типов. Возьмем, к примеру, волны океанические: те круговые траектории, по которым перемещается вода во время прохождения волны, сочетают в себе движения вверх-вниз и вперед-назад. Со стороны выглядит так, будто вода всего лишь поднимается и опускается, но на самом деле совершаются поперечные (вверх-вниз) и продольные (вперед-назад) движения, приводящие к движению по орбите. Их можно почувствовать, отплыв подальше от берега. Когда волна проходит, вас не только поднимает и опускает, вас увлекает к гребню в момент приближения волны, но и тут же оттаскивает назад в то время, как она удаляется. По мере приближения к берегу круговые орбиты, по которым движется вода на глубине, все более и более уплощаются — из-за ограничения колебаний поперечных волн.