Занимательное волноведение. Волнения и колебания вокруг нас

Внизу: Громкоговоритель под мостом передает ноту, при которой мост резонирует

Феномен резонанса рождается из тесных взаимоотношений волн и вибраций. Итак, в качестве итога перечислим три простых факта:

Волны и вибрации тесно связаны. Вибрации порождают волны, а волны являются распространяющимися видами колебаний.

Все, что способно вибрировать, обладает характерными собственными частотами колебаний, на которых вибрирует с наибольшей готовностью.

Волны с частотой, совпадающей с собственной частотой колебаний определенного вибрирующего тела, стремятся усилить его вибрации, сделать их все более и более выраженными.

Постучите по качественно сделанному бокалу для вина — вы услышите звучание чистой ноты, то есть звук собственного вида колебаний. Отойдите в дальний конец комнаты и пропойте эту ноту (в любой октаве). Вернитесь и прислушайтесь: бокал еще звучит в ответ на порожденные вами звуковые волны.

В самом явлении резонанса может и не быть ничего удивительного — это всего лишь дитя волны и вибрации, однако оно всегда вызывает ощущение чего-то таинственного, намекает на невидимые глазу волновые чудеса. Пропойте одну за другой разные ноты — бокал отзовется только на те, которые созвучны его собственной частоте колебаний.

Но резонанс возникает не только внутри физических вибраций и механических волн. Возникает он и внутри колебаний электрических токов и электромагнитных волн, например радиоволн. Резонансный контур внутри приемников дальней связи — будь то радионяня или система связи с космическим кораблем — средство, с помощью которого мы отделяем из невообразимого смешения передаваемых электромагнитными волнами сигналов единственно нужный сигнал.

Каждая волна по сути своей — вестник, она несет информацию о том, что ее породило. Это одна из функций волны — любая волна имеет свой источник. Она возникает в результате некоего возмущения, вибрации, колебания, то есть в результате какого-то явления, и неважно, кратковременное оно или непрерывное.

Бывает, помехи в виде других волн отсутствуют, что позволяет заметить ту самую единственную волну и расшифровать ее послание. В тихую, безоблачную ночь выпрыгивающая из воды в другом конце пруда рыбина заставляет отражение луны в воде танцевать и тем самым подсказывает рыбаку, куда забросить удочку. Однако чаще всего рядом с нужными нам волнами присутствуют другие, вносящие сумятицу, особенно сейчас, с развитием связи. В английском языке само слово broadcast[31] в буквальном смысле означает «посев вразброс», то есть разбрасывание семян на как можно большей площади и как можно более равномерно. То же самое можно сказать и о многих электромагнитных волнах — широкое вещание предполагает их прием на максимально большой территории. В каждый момент времени нас пронизывает бесчисленное множество электромагнитных посланий, волнами омывающих пространство вокруг; это сигналы радиостанций, средств связи аварийных служб, сигналы международного времени, а также сигналы мобильной связи, связи Wi-Fi, спутниковой, сигналы управления воздушным движением, текстовые сообщения, работа камеры контроля за скоростным движением, работа телеканалов, метеорологических радиолокаторов… Полную картину их столкновений и взаимодействий друг с другом — тут они накладываются, там переплетаются — представить в уме невозможно.

Из всей какофонии мы выуживаем одно-единственное зерно необходимой нам информации, и помогает нам в этом резонанс. Именно с его помощью удается вычленить переносимые волнами послания и сигналы. Благодаря резонансу хаос жизни упорядочивается, обретает ясность, а порой и красоту.

ЧЕТВЕРТАЯ ВОЛНА, КОТОРАЯ ПЛЫВЕТ ПО ТЕЧЕНИЮ

Протекающий по немецкой Баварии Айсбах (в переводе с немецкого — «ледяной ручей») представляет собой небольшой рукотворный водоток от реки Изар. Он течет вдоль проложенного под центральными улицами Мюнхена тоннеля, выходя из-под земли на территории парка «Английский сад».

Мшисто-зеленая вода, устремляясь из-под сводов тоннеля, тут же ударяется о вырастающий из бетонного основания крутой водораздел. Водораздел подбрасывает поток вверх, создавая стоячую волну около метра высотой — поток вздымается дугой и обрушивается на себя же, растекаясь вспененной водой. В летнее время на тротуаре Принцрегентен-штрассе, улицы, из-под которой вытекает Айсбах, собираются толпы галдящих туристов: свешиваясь с каменной балюстрады, они с любопытством разглядывают водный поток, фотографируют.