Гэвин Претор-Пинни - Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас

• Название: Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас
• Автор: Гэвин Претор-Пинни
• Издательство: Лайвбук
• Жанр: Физика
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-904584-33-7

Приготовьтесь: вас ждет кругосветное путешествие по всевозможным волнам: от серферских океанических до мозговых, радио-, микро-, инфракрасных, акустических, световых и многих прочих.

Претор-Пинни предлагает нам заново взглянуть на наш постоянно взволнованный мир.

---

Но и в мирное время Джон Черчилль не упускал случая произвести на других впечатление. Например, частенько шокировал пассажиров пригородной электрички из Лондона тем, что вдруг открывал окно поезда и швырял в вечернюю темноту за окном свой портфель. (Пассажиры и не подозревали, что ловкач тщательно выбирал момент — чемодан приземлялся аккурат в его саду, и ему не приходилось тащить его всю дорогу со станции до дома.)

По окончании войны Джон Черчилль тренировал новобранцев на одной из баз Королевских военно-воздушных сил Австралии, где и пристрастился к серфингу. Вернувшись осенью 1954 года в Англию, он заглянул в гости к Фрэнку Роуботему, инженеру на одном из участков Северна. Взяв с Роуботема клятву молчать, Черчилль поведал тому о своей задумке: прокатиться на севернском боре. К Роуботему же он пришел обсудить детали. Роуботем охотно посвятил его во все особенности бора, сообщил точное время прилива и отлива. Итак, 21 июля 1955 года, в половине одиннадцатого утра, сорокавосьмилетний искатель приключений поплыл с берега напротив городка Стоунбенч навстречу идущему бору; едва волна приблизилась, он тут же вскочил на доску.{123}

Вообще-то марафонским тот знаменитый заплыв не назовешь — Бешеный Джек продержался всего пару минут. Пройдя на волне чуть более 500 м вверх по течению, он достиг мелководья, где поперек всего русла тянутся перекаты. С изменением глубины русла бор перекатился через себя и распался; такое происходит еще в нескольких местах на всем пути его следования. Неожиданные завихрения воды привели к тому, что Бешеный Джек потерял равновесие и свалился. Однако он-то рассчитывал прокатиться на боре не один километр. Так что, выбравшись на берег, он клятвенно пообещал вернуться через год.

И хотя этому не суждено было случиться, его пример оказался заразительным. Современные серфингисты усовершенствовали технику, и теперь могут оставаться на волне, не теряя равновесия. Надо сказать, седлавшие севернский бор серфингисты многие годы удерживали мировую пальму первенства по длительности заплыва.

* * *

Когда мне было шесть месяцев, я оглох на правое ухо. Признаться, больших неудобств мне это никогда не доставляло, разве что во время званого ужина я не мог поддерживать разговор с соседом справа. И все-таки глухота на одно ухо не позволяла мне определять направление источника звука. Так что если во время прогулки я слышал птичьи трели, определить, откуда именно они идут, не мог. А когда забывал, где оставил мобильный, и набирал свой номер, чтобы найти телефон по звонку, долго бродил по комнате, пытаясь понять, в каком месте звук громче.

И все-таки есть преимущество у такой глухоты на одно ухо. Благодаря ей я понял одно загадочное явление, связанное с приливами, — почему влияние на них Луны сильнее, чем Солнца. А загадочным оно представляется потому, что сила гравитационного притяжения Луны, воздействующая на Землю, гораздо слабее силы гравитационного притяжения Солнца. Ученые мужи даже подсчитали, насколько—в 178 раз.[54] И странно слышать разговоры о том, что Луна контролирует приливы и отливы на 68%, в то время как Солнце — только на 32%. С чего вдруг более слабой силе гравитационного притяжения воздействовать на приливы сильнее? Попытаюсь объяснить этот парадокс с помощью того, чем обделен: способности определять направление источника звука на слух.

Один из способов, которым мы — или в данном случае вернее сказать «вы»? — определяем источник звука, например, трель запропастившегося мобильника, заключается в неосознаваемом нами сравнении звуковых волн, достигающих каждого уха. Разница в интенсивности и позволяет определить, откуда именно доносится звук, справа он относительно вас или слева. Если разница отсутствует, вам ясно, что мобильник либо где-то впереди, либо где-то позади. Если разница существенная, он где-то в стороне, а в какой именно, вы судите по громкости.

Все мы знаем, что легче определить источник по более близкому звуку, нежели по более далекому, но многие ли могут объяснить, почему? А потому, что при близко расположенном источнике звука — того же самого звонка телефона — разницу во времени, за которое волны достигают одного и другого уха, определить легче. Громкость самого звонка особой роли не играет (главное, чтобы вы слышали звук отчетливо), решающее значение имеет разница интенсивности звука в каждом ухе. Даже если мощность звука из близко расположенного источника убавить, а мощность звука из отдаленного источника прибавить, разница в интенсивности звука в каждом ухе в первом случае будет гораздо значительнее, нежели во втором.

Причина, по которой легче определить направление сигнала мобильного, когда он находится вблизи, состоит в следующем: звуковые волны распространяется в виде концентрических сфер. Если бы вы могли видеть звуковые волны, попеременные изменения атмосферного давления выглядели бы как шары, которые расходятся от мобильного, «надуваясь» с невероятной быстротой, но, в отличие от воздушных шаров, не лопаются. По мере увеличения воздушного шара в размерах, яркость его окраски слабеет — краска распространяется на все большую и большую поверхность; то же самое происходит и с интенсивностью звука — она убывает по мере распространения энергии по все растущей сфере.

Важным фактором в производимых нами без участия нашего сознания расчетах направления является определение того, насколько интенсивность звонка меняется за те несколько сантиметров, что звуковые волны проходят дальше, до другого уха. Смена интенсивности вычисляется с помощью геометрических построений — она зависит от разницы между площадями поверхностей «сфер» звуковых волн у каждого уха. Когда мобильный лежит достаточно близко, обе сферы достаточно малы, и те несколько дополнительных сантиметров разницы между диаметром сфер у одного уха и диаметром сфер у другого уха составляют существенную разницу по отношению к площадям их поверхностей. Когда мобильный лежит в другой части комнаты, разница из тех же нескольких сантиметров в диаметре между сферами у каждого уха гораздо менее существенна по отношению к площадям их поверхностей.

Успешность поисков мобильного по звонку зависит от способности уловить малейшую разницу в интенсивности звука у одного и другого уха. В моем случае разумнее всего будет обратиться за помощью

Теперь, когда вы свой мобильный отыскали, вам наверняка интересно, когда же я, наконец, выполню обещание: объясню, почему маленькая Луна влияет на приливы и отливы сильнее, чем огромное Солнце.

Постоянное гравитационное поле Луны не является прямым аналогом звуковой волны, исходящей от вашего мобильного в виде постоянно расширяющейся сферы. Однако вполне допустимо вообразить гравитационное поле Луны как расширяющуюся по мере увеличения расстояния сферу, которая занимает все большую площадь. Таким образом, его интенсивность снижается в той же пропорции, что и интенсивность звуковых волн. И хотя разница в расстояниях огромна, и в том, и в другом случае интенсивность снижается. Потому что и в том, и в другом случае площадь сфер растет.

Помните: разница в интенсивности звука у каждого уха ярче выражена при более близком расположении источника, даже если звук, исходящий из более далекого источника, слышен громче. То же самое справедливо и для сил гравитационного притяжения. Находящаяся ближе Луна воздействует на более близкий к ней океан сильнее, нежели на удаленный, если сравнивать силу ее воздействия с силой воздействия Солнца. Пусть даже силы гравитационного притяжения Солнца сами по себе гораздо мощнее. Да, они мощнее, но их влияние распределено более равномерно. Ведь именно разница в притяжении и становится причиной приливов. Если бы притяжение, независимо от его мощности, воздействовало на весь океан с одинаковой силой, такого явления как прилив попросту не существовало бы.

* * *

Несмотря на то что тему моей глухоты на одно ухо мы уже обсудили и закрыли, я странным образом продолжаю размышлять вот о чем:

«Кто-нибудь видел мой мобильник?»

Почему? Вовсе не потому, что слуховая трубка у уха выглядит особенно стильно, а потому, что эта воронка прекрасно демонстрирует то, как дельта реки вынуждает переднюю волну прилива преобразовываться в бор.

Наиболее мощным бор выглядит там, где береговая линия вокруг устья реки образует большой клин — путь приливной волны, направляющейся в сторону большой земли, все сужается и сужается. Рельеф морского и речного дна также должен подниматься постепенно — вода в таком случае будет постепенно приближаться к мелководью, что лишь сильнее сузит его течение. И наконец, последний — по порядку, но не по важности — момент: для данной области должна быть характерна значительная амплитуда прилива.