Волны-убийцы: почему они существуют?

yuritkachev — 26.11.2019

Волны-убийцы — одно из явлений, перекочевавших из мифов и легенд в область реального научного знания. Долгое время учёные считали рассказы о возникающих посреди даже сравнительно небольшого шторма волнах высотой в 20, 30, а то и 50 метров плодом воображения впечатлительных моряков. Существовали даже теории, объясняющие, почему рождаются такие легенды: мол, когда судно только что перевалило за гребень одной волны и скатывается по заднему её склону, оно наклонено вниз, из-за чего следующая волна кажется больше, чем она есть на самом деле. 

Но в 1995 году была сделана видеозапись колоссальной волны высотой в 25,6 метра, обрушившейся на нефтяную платформу «Дропнер» в Северном море. Ученые вынуждены были признать: волны-убийцы — реально существующее явление. В последствии с помощью современных систем наблюдения, основанных на спутниках, удалось установить: в каждый момент по Мировому океану «гуляет» около 10 волн-убийц.

Теперь надо было дать явлению научное объяснение.

Проблема заключалась в том, что, согласно бытовавшей теории образования и существования волн на поверхности воды, их высота имеет определённые ограничения. 

Простейшим (с математической точки зрения) видом волн являются так называемые синусоидальные, они же гармонические волны, известные всем ещё со школы.

Однако там же в школе нам говорили, что такие волны, вообще говоря, являются математической абстракцией. Близкими к гармоническим являются лишь волны с небольшой амплитудой. Более мощные колебания редко бывают чисто гармоническими — и мы, действительно, знаем, что реальные волны на поверхности моря слабо похожи на правильную синусоиду.

В то же время, любую волну можно представить в виде суммы гармонических волн — это ещё называется разложением волны на гармоники.

При этом итоговая волна оказывается суммой таких гармоник, каждую из которых в принципе можно рассматривать как изолированную волну.

Так вот, если мы станем изучать физику поведения даже гармонических волн на поверхности воды, то окажется, что это довольно сложный процесс. 

Во-первых, окажется, что скорость движения такой волны зависит от её длины: чем волна длиннее, чем скорость выше (это явление называется дисперсией). Из-за этого волны склонны «разваливаться»: по мере движения по поверхности океана, длинноволновые гармоники убегают вперёд, а короткие волны — отстают и «отваливаются» от пакета, унося энергию (амплитуда итоговой волны уменьшается).

Во-вторых, скорость волны тем выше, чем выше её амплитуда. Из-за этого «высокие» волны имеют свойство разваливаться по иному сценарию: верхушка волны как бы «убегает» вперёд от остальной волны, приводя к её опрокидыванию: мы хорошо знаем этот эффект, наблюдая волны у берега.

Но если «собирать» волну из гармоник не абы как, а особым способом, то можно представить себе волну, в которой оба эффекта будут компенсировать друг друга. Для этого волна должна (очень грубо говоря) состоять из более интенсивных коротковолновых гармоник: благодаря их большой амплитуде они будут обладать большей скоростью и не будут отставать от «длинных» компонент. С другой стороны, из-за того, что компоненты волнового пакета с меньшей интенсивностью будут обладать большей длиной, волна не будет опрокидываться: подошва будет догонять вершину из-за дисперсии.

И более того. Проводя моделирование волн, собранных из волновых из различных волновых пакетов, учёные смогли численно смоделировать появление среди волн примерно равной, относительно небольшой высоты появление аномально-высоких волн-мутантов — того, что в реальной природе соответствовало бы волне-убийце посреди обычного шторма.

Образование такой волны, по всей видимости, носит вероятностный характер: просто случается так, что в результате сложения энергий множества отдельных небольших волн формируется волна, способная заключить в себе большую энергию, и при этом оказаться устойчивой, поддерживающейся на протяжении долгого времени. 

Теоретически, а затем и экспериментально получены разные типы волн-убийц, известные по легендам и рассказам моряков. Например, так называемая «отрицательная», или «тёмная» волна-убийца — не возвышение над поверхностью воды, а, напротив, провал, расщелина в водной глади. Или например, волны вроде «Трёх сестёр» — трёх гигантских волн, идущих одна за другой, которые являются легендой Великих Озёр США. Причём в каждом случае получить тот или иной вид волны-убийцы удавалось простым изменением структуры волнового пакета!

Это, конечно, замечательно, но не означает, что мы теперь умеем предсказывать появление волн-убийц. Более того, по всей видимости, это означает, что мы НИКОГДА не научимся этого делать. Волны-убийцы просто время от времени рождаются под влиянием случайных факторов, которых в океане с его причудливой формой дна и береговой линии, картой течений и ветров просто слишком много. 

Кстати, как считается, одним из мест, где образование волн-убийц является весьма вероятным, является Бермудский треугольник. Что же, внезапная встреча с волной-убийцей может служить объяснением многих загадочных катастроф в этом районе...

PS. Если что, напоминаю про мой новый проект: телеграм-канал «Физика в картинках») https://t.me/physiovisio

Оставить комментарий

Популярные посты:

scribonianus

Типография Грин Принт

taransv

«Это немыслимо»!!! Трамп возмутился прибытием российских военных кораблей на

marmara-calypso

Без названия

dpmmax

Вести о Весте, продолжение знакомства, часть вторая

matsam

Утреннее

hippy_end

"Уже есть макет памятника, на котором нанесено 35 имен. Мемориал представляет

colonelcassad

80 лет операции "Багратион"

gloxinija

Ау-у!

t-moshkin

Наследственное владение, вечное право на доход и никак не меньше?

• Архив