Занимательное волноведение. Волнения и колебания вокруг нас

Не правда ли, убийственно сухое описание удивительно теплого, звонкого звучания флейты в руках настоящего виртуоза? Сможете ли вы теперь наслаждаться началом третьего акта оперы «Кармен» — вне всяких сомнений, прекраснейшего оперного соло на флейте, — не отвлекаясь на всякие там узлы и пучности? Или я все безнадежно испортил? Я могу еще объяснить вам образование стоячих волн на примере струнных инструментов, когда поперечные волны распространяются вверх-вниз по всей длине струн, отражаясь от закрепленных концов и накладываясь друг на друга. Впрочем, не стоит портить вам впечатление от прослушивания еще и сюиты Баха для виолончели. Данный вид стоячей волны не имеет собственного названия, но, думаю, ей подошло бы название интерферирующей стоячей волны.

Наблюдать стоячую волну воочию можно в заливах, бухтах, дельтах рек. Идущие с моря волны отражаются от прибрежной полосы, идут обратно в противоположном направлении и в результате интерферируют с новыми, идущими с моря волнами. В итоге чаще всего гребни и подошвы волн беспорядочно перемешиваются, но иногда, при определенных периодах движения волн (а значит, их скоростях), отраженные гребни и подошвы встречаются с прибывающими гребнями и подошвами в одних и тех же точках бухты — образуется стоячая волна фиксированной формы колебаний. Эти неподвижные последовательности вздымающейся и опадающей воды, известные как сейши, состоят из узлов, в которых прибывающая и отраженная волны друг друга взаимно уничтожают, образуя более-менее гладкую поверхность воды, а также пучностей, в которых прибывающая и отраженная волны накладываются, вынуждая поверхность воды в значительной степени подниматься и опускаться.

В зависимости от размеров акватории бухты и периодов волн, сейши вырастают до гигантских размеров — вздымающиеся и опадающие волны треплют пришвартованные суда, порой выбрасывая их на берег. Яростные сейши появляются и тогда, когда поблизости от водных объектов, например озер, случаются землетрясения. Вода устремляется вверх и низвергается вниз — волны, ударяясь о берег, поворачивают вспять, накладываясь на идущие следом. (То же самое явление можно наблюдать в тарелке с супом: когда вы несете тарелку к столу и вдруг спотыкаетесь, суп в тарелке начинает плескаться, ударяясь о ее стенки, — поднимающиеся и опускающиеся пучности формируются у стенок, а узел неподвижной суповой жидкости образуется в центре.)

Но серфингисты в Мюнхене катаются не на интерферирующей стоячей волне. Их волна относится ко второму типу стоячей волны — тому, что формируется внутри потока. Как и первый тип, в науке она все еще остается безымянной; я называю ее струйной стоячей волной. Миниатюрную копию волны этого типа можно увидеть в ручье, струящемся поверх чуть выступающего из воды камня.

Со стороны, защищенной препятствием (чуть ниже по течению) образуется либо резкий (по сравнению с уровнем воды) подъем вверх, либо (когда течение не такое быстрое) никуда не распространяющаяся легкая волнистость. Препятствие, в частности камень, направляет поток вверх. Оказываясь над уровнем равновесия, гребень под воздействием силы тяжести устремляется вниз, ныряя ниже уровня равновесия и образуя подошву. Через некоторое время, дальше по течению, поток возвращается к равновесному состоянию.

Наверняка под покровом сумерек дядюшка Рэт и мистер Крот, персонажи из «Ветра в ивах», бросают полоски коры в реку и гребут к струйной стоячей волне, чтобы прокатиться на ней.

* * *

Струйные стоячие волны формируются также и в атмосферных потоках — там их иногда можно увидеть как облака lenticularis[33]. Эти облака появляются в том случае, когда потоки ветра натыкаются на довольно крупное препятствие — холм или гору — и взмывают вверх. А свое название облака получили от латинского слова lentil, что значит «чечевица».

Ничего смешного в таком названии нет — облака и впрямь напоминают чечевичные зерна, пусть даже зерна эти белые и плывут по небу несколько километров.

Подбрасывающее воздушный поток вверх препятствие геологического происхождения действует точно так же, как и камень в ручье, или водораздел в Айсбахе. Когда атмосфера, как выражаются метеорологи, стабильна, воздушный поток поднимается и ныряет вниз со стороны, защищенной горой — совсем как водный поток. До тех пор пока ветер дует с постоянной скоростью, невидимая стоячая волна воздуха остается на месте с подветренной стороны горного пика. При определенной температуре и влажности атмосферы возле одного или нескольких гребней волны образуются облака в форме чечевичных зерен.