Що ми знаємо про хвилях моря
Якби ми могли осідлати Уельсовскую «машину часу», помчати на ній в туманну далечінь минулого і звідти поглянути на наш земну кулю, - ми не дізналися б його. Мільйони років тому материки не тільки мали зовсім інші обриси, а й сама поверхню цих материків мала зовсім інший вигляд: інші, чужі нам ландшафти покривали їх, виростали інші рослини і водилися інші тварини. Людини з його містами, розорані полями і дорогами - тоді ще не було. Лише одне залишалося незмінним в усі геологічні періоди: це вид морського простору. Мільйони років тому по ньому перекочувалися ті ж хвилі, які борознять його і тепер. Вид хвилястою водної поверхні - це найдавніший ландшафт, який ми знаємо на землі. Та й в наші дні він найпоширеніший: адже, дві третини всієї поверхні нашої планети покриті водою!
Але чи можна сказати, що цей найдавніший і поширення ландшафт знаком нам краще всіх інших? Ледве. Нас мимоволі тягне до себе сувора краса бурхливого моря, вона надихає поетів і художників, - але все ж про морських хвилях нам відомо не багато. Навіть самий рід цього хвилеподібного руху більшість людей уявляє собі зовсім неправильно.
Справді, - більшість людей думає, що хвилі хіба що ковзають по поверхні моря, рухаються по ній, як вода в річковому ложе. Але це невірно: у хвилюючий море переміщається тільки форма руху, самі ж хвилі коливаються лише вгору і вниз. Чи траплялося вам бачити, як неспокійне море рухає тріску, човен або взагалі який-небудь плаваючий предмет? Зверніть увагу, що швидко біжать хвилі зовсім не захоплюють з собою цей предмет, а лише мірно качають його вгору і вниз. Море хвилюється абсолютно так само, як «хвилюється жовтіюча нива»: колосся не змінюють свого місця на полі, кожен колос лише трохи відкачується вперед, щоб потім знову стати прямо, - а тим часом ви бачите, як по полю біжать одна за одною хвилі. Це біжить форма руху, а не самі колосся.
Прислів'я «мирська поголос - що морська хвиля» дивно наочно ілюструє цей своєрідний рід руху. Щоб якась звістка розлетілася по всьому місту, не потрібно, щоб люди самі перебігали з одного кінця міста в інший: чутка передається з вуст в уста.
Цим морські хвилі відрізняються від тих піщаних хвиль, якими вітер борознить пустелі і прибережні місцевості: тут хвилеподібні пагорби піску реально, самі по собі, переміщаються, а не рухається лише форма їх, як на морі.
Ось чому хвилі моря біжать з такою величезною швидкістю, обганяючи часто наші «швидкі» поїзда: швидкість хвиль в 5. 6 сажнів в секунду, або 40 верст на годину - не рідкість. Якби переміщалася не форма руху, а самі водні маси, така швидкість була б неможлива.
Але ми ще нічого не сказали про тієї причини, яка породжує хвилі. Цією причиною, як відомо, є вітер, тобто Протягом повітря. Б'ючи по воді, струм повітря згинає її поверхню; утворюється поглиблення, - але в наступний момент опустилися частки води з силою виштовхуються вгору, так що на місці поглиблення утворюється піднесення. Це піднесення, опускаючись під дією тяжкості вниз, знову замінюється долиною, і т.д. Кожна частка води в хвилює море рухається тільки вгору і вниз, - але хвилювання, розпочавшись в одній точці, передається сусіднім частинкам, поширюється все далі і далі, захоплюючи величезний район. Рух схвильованого поля досить добре ілюструє це явище.
Але вітер - не єдина причина хвилювання моря. Інша, більш рідкісна причина, це землетрусу, що відбуваються поблизу берегів. Такі хвилі невисокі, але дуже довгі і поширюються з незвичайною швидкістю, іноді понад 600 верст на годину! Але подібного роду хвилі спостерігаються набагато рідше, ніж хвилі, що відбуваються від вітру. Надалі ми будемо мати на увазі переважно ці останні.
Які то величні хвилі? Нам часто доводиться чути про колосальних розмірах морських хвиль, про водяних горах, заввишки з багатоповерховий будинок. Точні виміри зруйнували цю легенду про неймовірної висоті хвиль, і цікаво, що чим точніше були вимірювання, тим хвилі виявлялися нижче. У відкритому морі хвилі рідко досягають більше 6-ти сажнів висоти; це гранична висота, звичайно ж хвилі не бувають вище 3 сажнів, так що 5-ти-сажень хвилю потрібно вже розглядати, як виняток.
Але якщо так, то звідки ж, - запитає читач - пішли ці розповіді про гороподобних морських хвилях, розповіді, які доводиться чути часом від самих сумлінних очевидців? Тут справа криється в цікавою ілюзії зору. Хвилі у відкритому морі доводиться спостерігати, звичайно, з палуби кораблів, яка під час хвилювання не залишається горизонтальній, а нагинається на всі боки. Коли палуба, при кільової хитавиці, нахиляє пасажира до моря, він бачить перед собою водяні громади хвиль - і мимоволі переоцінює їх висоту, так як вважає її немає від горизонтальної поверхні, а від похилої палуби. Іншими словами, пасажир подумки вимірює не вертикально підняття хвилі, а довжину її схилу. Внаслідок цього оптичного обману, який, звичайно, не зізнається пасажиром, хвилі і представляються йому такими величезними.
Цікаво відзначити, що висота хвиль далеко не однакова в усіх морях. Чим глибше море, чим ширший його поверхню, чим менше на ньому островів і мілин, що заважають безперешкодному руху водних мас і вітру - тим хвилі більше. При цьому деяке значення має і солоність води, - вірніше, її щільність. Солона вода важче прісної і менш піддається зусиллям вітру, ніж прісна; тому-то чим солоніша вода, тим хвилі нижче. Ось чому, при рівних площах, озера бувають більш бурхливі, ніж морські бухти, відокремлені від моря скелями і піщаними банками. Але якщо площі водяних басейнів нерівні, то, як ми вже згадували, хвилі їх будуть неоднакові. На нашому Каспійському морі хвилі набагато дрібніше, ніж у великому Середземному морі, а в цьому останньому вони знов-таки значно дрібніші, ніж в Атлантичному океані. У свою чергу атлантичні хвилі ніколи не досягають тих розмірів, які лякають плавателей Антарктичного океану, вільно розкинулося на величезному просторі південної півкулі.
До сих пір ми говорили про висоту хвиль і ще нічого не сказали про їх довжині, тобто про відстань між гребенями (або між долинами) двох сусідніх хвиль. Чим вище хвилі, тим більше їх ширина, і існує досить просте співвідношення між цими двома величинами; а саме - ширина приблизно в 30. 40 раз більше висоти. Хвилі трехсаженной висоти досягають 100 сажнів у довжину, а 5. 6 саджені, тобто найвищі хвилі, можуть досягати в довжину до півверсти.
Нас може цікавити тут ще одне питання: як глибоко під воду поширюється хвилювання? Це не просте запитання, - він має важливе практичне значення для підводного плавання, при прокладці морських кабелів і т.п. Ще недавно приймалося, що глибина поширення хвилювання дорівнює 300-кратної висоті хвиль. Звідси випливає, наприклад, що коли на поверхні моря ходять хвилі в 3 саж, то відгомони цього хвилювання відчуваються ще на глибині 3х300 = 900 сажнів, тобто майже двох верст. В даний час сумніваються, що хвилювання могло б тягнутися на таку глибину. Прямими вимірюваннями встановлено, втім, що на глибині 100 сажнів воно ще відчувається, так що безтурботне плавання Жюль-Верновскій «Наутілуса» неглибоко під рівнем бурхливого моря належить до області фантазії.
Багато хто навіть не підозрюють про те величезне значення, яке має в природі хвилювання моря. Для людини, довіряється морю свої кораблі, хвилювання - явище небажане: ми багато б дали, щоб безмежний простір океану був завжди спокійний і нерухомий. Але зовсім інакше ставляться до цього ті численні живі істоти, які живуть в його бездонних глибинах. Хвилювання збільшує поверхню зіткнення води з повітрям, і тим сприяє проникненню в товщі водних мас кисню, без якого неможливе життя. Ось яку важливу роль відіграє хвилювання в економії природи! Ламаючи і ховаючи наші кораблі, бурі вносять цілющий еліксир в безмежний підводний світ.
Втім, недалеко вже час, коли і людина буде отримувати користь з морських хвиль, одягне на них ярмо і змусить приводити в рух свої механізми.
Мал. 1. Машина Рансома
Здавалося б дивним говорити про поневолення морських хвиль людиною, - проте, вже й тепер споруджуються механізми, що приводяться в рух нічим іншим, як хвилюванням моря. Для прикладу ми опишемо тут недавно винайдену машину американського інженера Рансома. Мета машини - використовувати енергію морських хвиль для згущення повітря, яким, як відомо, можна приводити в рух різноманітні механізми. Пристрій машини Рансома не складно. Через блок A перекинута мотузка, до якої привішені порожня залізна коробка B і вантаж C. Хвиля, піднімаючи плавучу коробку В, тим самим обертає блок A і сполучене з ним зубчасте колесо. Ця остання рухає поршні циліндрів D. Коли хвиля спадає, з нею разом опускається також коробка B, і зубчасте колесо рухається в зворотному напрямку. Механізм влаштований так, що при будь-якому русі зубчастого колеса поршні в циліндрах рухаються поперемінно вперед або назад, весь час нагнітаючи повітря в циліндри D. Стисле повітря надходить по трубці E в резервуар F, де і накопичується. Таким чином, в резервуарі завжди є дармовий генератор у формі стиснутого повітря; залишається тільки пустити його в справу.
Існують і інші типи таких дармових двигунів; поки вони не мають ще практичного значення, але в недалекому майбутньому промислове використання енергії хвиль буде, безсумнівно, поставлено на більш широку ногу. І тоді людина не тільки підкорить море, але і зробить його бунтівні хвилі своїми слухняними рабами.