Занимательное волноведение. Волнения и колебания вокруг нас

Но внимание их привлекает не столько волна, сколько седлающие ее серфингисты — те направляют свои доски вдоль стоячей волны, мчась с одного конца ледяного потока к другому. Местные жители катаются на волне Айсбаха еще с начала 1970-х — прямо в центре города, рядом с оживленной трассой. Канал всего метров десять шириной, на волне есть место только одному — выстраивается целая очередь из желающих прокатиться. Серфингист прыгает на передний склон стоячей волны и катается: с одной стороны водного потока до другой. Вода под серфингистом несется с приличной скоростью, но сам он остается на волне, поток его не уносит. Вода ледяная, и кататься можно только в специальном гидрокостюме; крутясь и выделывая невероятные прыжки, серфингисты порой окатывают зрителей на берегу тучей холодных брызг. Катаясь на такой волне, спортсмен в то же время никуда не удаляется — зрители видят каждое его движение с близкого расстояния, чего никогда не случается во время заплывов на океанических волнах. Только когда серфингист теряет равновесие или задевает поток краем доски, его уносит быстрым, в водоворотах, течением. И волну седлает следующий.

Серфинг на стоячей волне набирает в Мюнхене популярность. Серфингистов можно увидеть и на другом притоке этой же самой реки Изар — Флоссканале в местечке Флоссленде, что в южной части Мюнхена. Эта волна не такая внушительная, как волна Айсбаха, да и скорость потока медленней. Однако она устроена в самом широком месте канала, что позволяет большему числу зрителей понаблюдать за заплывами. Поэтому ежегодно в последнюю субботу июля там устраивают Мюнхенские открытые соревнования по серфингу. Это единственные соревнования в мире, проходящие в более чем 300 км от ближайшего побережья, а все благодаря стоячим волнам, формирующимся внутри бегущего потока.

Серфинг по-мюнхенски

* * * 

Так что же такое стоячая волна?

Это волна, которая не перемещается из одной точки в другую. Нормальные, движущиеся волны берут начало из какого-либо источника и распространяются в виде колебаний через среду, которая сама целиком не перемещается. А вот гребни и подошвы стоячей волны, в отличие от волны обычной, никуда не перемещаются — надо сказать, такое поведение волне не свойственно. Почему же стоячие волны остаются «на приколе»? Тому может быть две разных причины, в зависимости от того, перемещается или нет сама среда, в которой они образуются, как, например, мюнхенский водоток.

Не зависящую от потока стоячую волну вы найдете и среди музыкальных инструментов. Именно благодаря ей звучит чистая нота. Дуньте в мундштук флейты — нормальные, свободно распространяющиеся звуковые волны пройдут вверх-вниз по столбу воздуха в инструменте.[32] Звуковые волны достигают обоих концов флейты и отражаются, возвращаясь обратно. Получается, что одни и те же волны распространяются назад и вперед по одному и тому же столбу воздуха — те, что отражаются от дальнего конца, проходят через те, которые идут со стороны мундштука. Сжатие (повышенное давление) и разрежение (пониженное давление) воздуха в любой точке по всей длине инструмента — результат наложения, или интерференции, распространяющихся вдоль флейты в обе стороны звуковых волн. Там, где две области максимального сжатия, пики волн, накладываются, воздух сжимается вдвойне. Там, где сжатие одной волны накладывается на разрежение другой — пик встречается с подошвой, — волны взаимно уничтожаются — образуется нормальное давление воздуха. Что же получается в результате интерференции одинаковых звуковых волн, распространяющихся туда и обратно по одному и тому же столбу воздуха? А вот что: там, где две волны всегда взаимно уничтожаются, порождая минимальные колебания атмосферного давления, образуются неподвижные узлы; там, где сжатия и разрежения накладываются, порождая максимальные колебания атмосферного давления, образуются пучности.

Комбинация одних и тех же движущихся в противоположных направлениях волн порождает форму колебаний стоячей волны, определяемую длиной столба воздуха. Эта форма не распространяется вдоль всей флейты, она остается на месте. Благодаря ей инструмент резонирует на гармонической частоте, флейта держит устойчивую ноту, в то время как нормальные, движущиеся звуковые волны распространяются в результате изменения давления у отверстий. Когда во время игры музыкант меняет положение пальцев, зажимающих отверстия, пучности (максимальные изменения давления) формируются в других точках вдоль флейты — тональность звучания инструмента при этом меняется.