Что мы знаем
о волнах моря
Я. Лесной
Если бы мы
могли оседлать Уэльсовскую «машину времени», умчаться на ней в туманную даль
прошедшего и оттуда взглянуть на наш земной шар, – мы не узнали бы его.
Миллионы лет тому назад материки не только имели совсем иные очертания, но и
сама поверхность этих материков имела совершенно иной вид: иные, чуждые нам
ландшафты покрывали их, произрастали иные растения и водились иные животные.
Человека с его городами, распаханными полями и дорогами – тогда еще не было...
Лишь одно оставалось неизменным во все геологические периоды: это вид морского
простора. Миллионы лет тому назад по нему перекатывались те же волны, которые
бороздят его и теперь. Вид волнующейся водной поверхности – это самый древний
ландшафт, какой мы знаем на земле. Да и в наши дни он самый распространенный:
ведь, две трети всей поверхности нашей планеты покрыты водой!
Но можно ли
сказать, что этот древнейший и распространеннейший ландшафт знаком нам лучше
всех других? Едва ли. Нас невольно влечет к себе суровая красота бурного моря,
она вдохновляет поэтов и художников, – но все же о морских волнах нам известно
не много. Даже самый род этого волнообразного движения большинство людей
представляет себе совершенно неправильно.
В самом деле, –
большинство людей думает, что волны как бы скользят по поверхности моря,
движутся по ней, как вода в речном ложе. Но это неверно: в волнующемся море
перемещается только форма движения, сами же волны колеблются лишь вверх и вниз.
Случалось ли вам видеть, как неспокойное море движет щепку, лодку или вообще
какой-нибудь плавающий предмет? Обратите внимание, что быстро бегущие волны
вовсе не увлекают с собой этот предмет, а лишь мерно качают его вверх и вниз.
Море волнуется совершенно так же, как «волнуется желтеющая нива»: колосья не
изменяют своего места на поле, каждый колос лишь немного откачивается вперед,
чтобы затем снова стать прямо, – а между тем вы видите, как по полю бегут одна
за другой волны. Это бежит форма движения, а не сами колосья.
Пословица
«мирская молва – что морская волна» удивительно наглядно иллюстрирует этот
своеобразный род движения. Чтобы какая-нибудь весть разнеслась по всему городу,
не нужно, чтобы люди сами перебегали из одного конца города в другой: молва
передается из уст в уста.
Этим морские
волны отличаются от тех песчаных волн, которыми ветер бороздит пустыни и
прибрежные местности: здесь волнообразные холмы песка реально, сами по себе,
перемещаются, а не движется лишь форма их, как на море.
Вот почему
волны моря бегут с такой огромной быстротой, обгоняя часто наши «скорые»
поезда: скорость волн в 5...6 сажен в секунду, или 40 верст в час – не
редкость. Если бы перемещалась не форма движения, а сами водные массы, такая
скорость была бы невозможна.
Но мы еще
ничего не сказали о той причине, которая порождает волны. Этой причиной, как
известно, является ветер, т.е. течение воздуха. Ударяя по воде, ток воздуха
изгибает ее поверхность; образуется углубление, – но в следующий момент
опустившиеся частицы воды с силой выталкиваются вверх, так что на месте
углубления образуется возвышение. Это возвышение, опускаясь под действием
тяжести вниз, вновь заменяется долиной, и т.д. Каждая частица воды в
волнующемся море движется только вверх и вниз, – но волнение, начавшись в одной
точке, передается соседним частицам, распространяется все далее и далее,
захватывая огромный район. Движение волнующегося поля довольно хорошо
иллюстрирует это явление.
Но ветер – не
единственная причина волнения моря. Другая, более редкая причина, это
землетрясения, происходящие близ берегов. Такие волны не высоки, но очень
длинны и распространяются с необыкновенной быстротой, иногда свыше 600 верст в
час! Но подобного рода волны наблюдаются гораздо реже, чем волны, происходящие
от ветра. В дальнейшем мы будем иметь в виду преимущественно эти последние.
Как велики
волны? Нам часто приходится слышать о колоссальных размерах морских волн, о
водяных горах, высотою с многоэтажный дом. Точные измерения разрушили эту
легенду о неимоверной высоте волн, и любопытно, что чем точнее были измерения,
тем волны оказывались ниже. В открытом море волны редко достигают более 6-ти
сажен высоты; это предельная высота, обычно же волны не бывают выше 3 сажен,
так что 5-ти-саженную волну нужно уже рассматривать, как исключение.
Но если так, то
откуда же, – спросит читатель – пошли эти рассказы о гороподобных морских
волнах, рассказы, которые приходится слышать подчас от самых добросовестных
очевидцев? Здесь дело кроется в любопытной иллюзии зрения. Волны в открытом
море приходится наблюдать, конечно, с палубы кораблей, которая во время
волнения не остается горизонтальной, а нагибается во все стороны. Когда палуба,
при килевой качке, наклоняет пассажира к морю, он видит перед собой водяные
громады волн – и невольно переоценивает их высоту, так как считает ее не от
горизонтальной поверхности, а от наклонной палубы. Другими словами, пассажир
мысленно измеряет не вертикальное поднятие волны, а длину ее склона. Вследствие
этого оптического обмана, который, конечно, не сознается пассажиром, волны и
представляются ему такими громадными.
Интересно
отметить, что высота волн далеко не одинакова во всех морях. Чем глубже море,
чем обширнее его поверхность, чем меньше на нем островов и мелей, мешающих
беспрепятственному движению водных масс и ветра – тем волны больше. При этом
некоторое значение имеет и соленость воды, – вернее, ее плотность. Соленая вода
тяжелее пресной и менее поддается усилиям ветра, чем пресная; оттого-то чем
соленее вода, тем волны ниже. Вот почему, при равных площадях, озера бывают
более бурны, чем морские бухты, отделенные от моря скалами и песчаными банками.
Но если площади водяных бассейнов не равны, то, как мы уже упоминали, волны их
будут неодинаковы. На нашем Каспийском море волны гораздо мельче, чем в
обширном Средиземном море, а в этом последнем они опять-таки значительно
мельче, чем в Атлантическом океане. В свою очередь атлантические волны никогда
не достигают тех размеров, которые устрашают плавателей Антарктического океана,
свободно раскинувшегося на огромном пространстве южного полушария.
До сих пор мы
говорили о высоте волн и еще ничего не сказали об их длине, т.е. о расстоянии
между гребнями (или между долинами) двух соседних волн. Чем выше волны, тем
больше их ширина, и существует довольно простое соотношение между этими двумя
величинами; а именно – ширина примерно в 30...40 раз более высоты. Волны
трехсаженной высоты достигают 100 сажен в длину, а 5...6 саженные, т.е. самые
высокие волны, могут достигать в длину до полуверсты.
Нас может
интересовать здесь еще один вопрос: как глубоко под воду распространяется
волнение? Это не праздный вопрос, – он имеет важное практическое значение для
подводного плавания, при прокладке морских кабелей и т.п. Еще недавно
принималось, что глубина распространения волнения равна 300-кратной высоте
волн. Отсюда следует, например, что когда на поверхности моря ходят волны в 3
сажени, то отголоски этого волнения ощущаются еще на глубине 3х300 = 900 сажен,
т.е. почти двух верст. В настоящее время сомневаются, что волнение могло бы
простираться на такую глубину. Прямыми измерениями установлено, впрочем, что на
глубине 100 сажен оно еще ощущается, так что безмятежное плавание
Жюль-Верновского «Наутилуса» неглубоко под уровнем бурного моря принадлежит к
области фантазии.
Многие даже не
подозревают о том громадном значении, какое имеет в природе волнение моря. Для
человека, вверяющего морю свои корабли, волнение – явление нежелательное: мы
много бы дали, чтобы беспредельный простор океана был всегда покоен и недвижим.
Но совсем иначе относятся к этому те многочисленные живые существа, которые
живут в его бездонных глубинах. Волнение увеличивает поверхность
соприкосновения воды с воздухом, и тем способствует проникновению в толщи
водных масс кислорода, без которого невозможна жизнь. Вот какую важную роль
играет волнение в экономии природы! Ломая и погребая наши корабли, бури вносят
живительный эликсир в беспредельный подводный мир.
Впрочем,
недалеко уже время, когда и человек будет извлекать пользу из морских волн,
оденет на них ярмо и заставит приводить в движение свои механизмы.
Рис. 1. Машина
Рансома
Казалось бы
странным говорить о порабощении морских волн человеком, – однако, уже и теперь
сооружаются механизмы, приводимые в движение ничем иным, как волнением моря.
Для примера мы опишем здесь недавно изобретенную машину американского инженера
Рансома. Цель машины – использовать энергию морских волн для сгущения воздуха,
которым, как известно, можно приводить в движение всевозможные механизмы.
Устройство машины Рансома не сложно. Через блок A перекинута веревка, к которой
привешены пустая железная коробка B и груз C. Волна, поднимая плавучую коробку
В, тем самым вращает блок A и соединенное с ним зубчатое колесо. Это последнее
движет поршни цилиндров D. Когда волна спадает, с ней вместе опускается также
коробка B, и зубчатое колесо движется в обратном направлении. Механизм устроен
так, что при всяком движении зубчатого колеса поршни в цилиндрах движутся попеременно
вперед или назад, все время нагнетая воздух в цилиндры D. Сжатый воздух
поступает по трубке E в резервуар F, где и накапливается. Таким образом, в
резервуаре всегда имеется даровой источник энергии в форме сжатого воздуха;
остается только пустить его в дело.
Существуют и
другие типы таких даровых двигателей; пока они не имеют еще практического
значения, но в недалеком будущем промышленное использование энергии волн будет,
несомненно, поставлено на более широкую ногу. И тогда человек не только покорит
море, но и сделает его мятежные волны своими послушными рабами.
Список
литературы
Для подготовки
данной работы были использованы материалы с сайта http://www.n-t.org/