Как-то раз мы с женой отдыхали, и у нас вышел спор: если бросить камни в воду средиземноморской гавани Сьютаделла, расположенной на Менорке, достигнут ли образовавшиеся волны берегов Северной Америки? Жена утверждала, что не достигнут, потому что им пришлось бы миновать Гибралтарский пролив и пересечь Атлантику, преодолевая противодействие других волн, берега, морского дна и штормов. Я же сказал, что волны, пока они не разобьются о берег, могут существовать бесконечно.
Кто прав? Дейв Джонстон (Хаунзлоу, Великобритания) Права ваша жена. Волны, возникающие на поверхности жидкости, не могут существовать бесконечно. Они теряют энергию, ведь прохождение волны вызывает колебание воды, и ее энергия рассеивается за счет сил внутреннего трения. Кроме того, по мере распространения волны энергия распределяется по все большему периметру, в связи с чем плотность энергии уменьшается до тех пор, пока она не перестает поддаваться измерению на фоне флуктуационных шумов. Волны, распространяющиеся в глубине жидкой среды, не вызывают больших колебаний воды, поэтому их энергия рассеивается относительно медленно. Вот почему цунами могут проходить огромные расстояния. Однако в мелком водоеме или даже в относительно неглубоких водах Средиземного моря энергия волн рассеивается гораздо быстрее.
Саймон Айвсон (Национальный университет, Индонезия)
Волны на поверхности жидкости, вызванные падением камня, распространяются концентрическими кругами, радиус которых постоянно увеличивается. Если допустить в идеале, что высота такой волны прямо пропорциональна энергии, за счет которой она возникает и сохраняет свою силу, и что нет потерь энергии за счет трения, тогда высота этой волны обратно пропорциональна ее радиусу — в силу того, что энергия, которую она несет, распределяется по всему замкнутому контуру постоянно увеличивающейся окружности. Таким образом, к тому времени, когда волны пройдут через Гибралтарский пролив, удалившись на 1000 км от места возникновения, их радиус увеличится в 1 млн раз и высота уменьшится в 1 млн раз в сравнении с той, какую они имели, когда их радиус составлял 1 м. То есть волны, изначально имевшие высоту 10 см, по выходе из Средиземноморья уменьшатся до 100 нм, что практически не поддается измерению. В принципе волны, вызванные падением камня, должны спокойно проходить сквозь другие волны. Но если волнам, о которых говорит ваш корреспондент, удастся преодолеть 6500 км и достичь берегов Америки, они к тому времени будут иметь высоту около 10 нм, что равно толщине 100 атомов. На самом деле даже такой высоты они не достигнут из-за трения о воздух и внутреннего трения самой воды. Более того, Гибралтарский пролив лежит не на линии прямой видимости от Сьютаделлы, поэтому волнам предстоит отразиться от Северной Африки или какого-нибудь проходящего судна, что повлечет еще большие потери энергии. Обычно источником энергии волн является ветер. Изначально энергия волны от брошенного камня очень мала, и скорость ее убывания обратно пропорциональна длине волны. А поскольку волны, вызванные падением камня, имеют малую длину, их энергия очень скоро угаснет. С другой стороны, разрушительные цунами, как то, что возникло в Индийском океане в конце 2004 года, образуются при высвобождении огромного количества энергии в результате таких явлений, как подводные землетрясения. Обычно волны цунами имеют длину 500 км, поэтому они теряют мало энергии при движении в направлении отдаленного берега. В районе больших глубин эти волны могут двигаться быстрее реактивного самолета, но, имея высоту около 1 м, они остаются незамеченными, даже переваливаясь через палубы кораблей. Однако, приближаясь к побережью, волны цунами замедляют ход и начинают «расти», зачастую достигая высоты нескольких метров и порой продвигаясь далеко в глубь суши. В масштабе это сравнимо с бросанием камушков в прибрежную лужу.
