Класс!ная физика



Цепкая хватка «мертвой воды»

«Я должен рассказать вам о проделке дьявола, чтобы вы знали, как многочисленны его козни против бедных моряков. На пути в Неаполь галера «Сайта Лука» шла под парусами при свежем ветре. Находясь в двух милях от Порты, она почти остановилась, несмотря на поднятые паруса. Шкипер осмотрел руль, думая найти канат или сеть, запутавшиеся в нем, но ничего не обнаружил. Он приказал рабам сесть за весла, но галера не двигалась с места» - это отрывок из книги 1607 года издания.

Необычное природное явление «мертвая вода» не раз останавливало мореплавателей, заставляла приносить жертвы богам или, наоборот, проклинать дьявола.

Первые попытки объяснения «мертвой воды» были даны Плинием Старшим, который в своей работе «Естественная история» говорил о присасывающихся к днищам кораблей и мешающих движению моллюсках.

В чем же смысл термина «мертвая вода»?

Даже при «надутых» парусах или при работающем винте двигателя движения корабля вперед практически не наблюдается!
Вот она – цепкая хватка «мертвой воды» …

Где можно встретить «мертвую воду»?

Подобные необычные тормозящие свойства воды были выявлены, например, весной при ледотаянии в холодных водах Северного Ледовитого океана, как у побережья России, так и у берегов Норвегии и Канады. Проявлялось действие «мертвой воды» и в Средиземном море, и в Мексиканском заливе, и у берегов Америки и Африки, в устьях крупных рек: Амазонки, Ориноко, Миссисипи, Енисея. «Мертвая вода» может возникнуть даже на небольшом участке водной акватории.

В древних норвежских сказаниях упоминается о том, как «боги не позволяли» кораблям викингов выходить в море, засылая их в «мертвую воду». Но вожди викингов прекрасно знали, что эти области «мертвой воды» могут быть временными, достаточно было смениться ветру или течению.

Что необходимо, чтобы появилась «мертвая вода»?

А секрет заключается в многослойности толщи морской воды. Чтобы возникла область «мертвой воды» надо, чтобы слои воды сильно различались по плотности. Допустим, при таянии ледника пресная вода стекает в соленые океанские воды, или огромное количество пресной воды выносится через устье реки в океан, или встречаются два морских течения с водой разной степени солености. Естественно слои пресной воды, как более легкие, располагаются поверх соленых слоев.

Кстати различная плотность водяных слоев может объясняться не только их соленостью, но и разницей температур. Так при обширных циклонах наблюдается появление не двух, а даже большего количества слоев воды разной плотности, что объясняется резким перемешиванием теплых поверхностных и глубинных холодных вод.

Эффект «мертвой воды» был замечен и описан в 1893 году полярным исследователем Фритьофом Нансеном во время исторического плавания в Арктике на знаменитом судне "Фрам".

«Разница в солености слоев воды очень велика; так, например, вода, взятая с поверхности, вполне годна для питья, а вода, поступавшая через кингстон, настолько солона, что не годилась даже для котла, » - так писал в последствие о «мертвой воде» Нансен в своей книге «Фрам» в полярном море».

Как ведет себя судно, попавшее в «мертвую воду»?

С явлением «мертвой воды» стали сталкиваться и крупнотоннажные суда при прохождении узких проливов с двухслойным движением вод.

Летом 1981 года судно «Маршал Жуков» (осадка 15 метров), проходя на малой скорости пролив Дарданеллы, попало в «мертвую воду» и 4 суток пыталось выбраться из нее. Скорость судна резко уменьшилась, и оно почти перестало слушаться руля. Судно развернуло поперек пролива, и оно начало дрейфовать к выходу из него. И только когда было получено разрешение на запуск двигателя на максимальную мощность, судну удалось прорваться через пролив.

Оказывается, в Дарданеллах встречаются два морских потока: малосоленой воды из Черного моря и тяжелой соленой воды из Эгейского моря, происходит расслоение воды по плотности, и образуется область «мертвой воды».

Парусники в «мертвой воде» просто перестают слушаться руля, а суда при работающем двигателе на малой скорости неожиданно теряют ход. Суда, застопорившие машины, теряют ход не постепенно, а сразу. Зато при выходе из этой зоны наблюдается резкий скачок скорости.

Сопротивление воды движению судна в зонах «мертвой воды» оказывается примерно раз в 10 больше, чем в обычной воде.

Фритьоф Нансен писал: «Мы не двигались, а будто тащили всю воду за собой. «Фрам» стало удерживать, как будто какой-то неведомой силой, и она не всегда слушалась руля… Мы петляли, следуя по курсу, иногда разворачивались, совершали любые ухищрения, чтобы избавиться от этого, но толку было мало. Лишь только машина переставала работать, судно тотчас же останавливалось, точно схваченное чем-то за корму »

Для всех ли судов хватка «мертвой воды» одинакова?

Тормозящее действие «мертвой воды» обычно сильно проявляется для небольших судов на малых скоростях до 4-5 узлов.

Если толщина верхнего пресного слоя приблизительно совпадает с глубиной осадки корабля, то именно это судно на малой скорости может оказаться в плену у «мертвой воды».

Так в Дарданеллах толщина поверхностного слоя малосоленой воды приближается к осадке крупных судов, и для них создаются условия «мертвой воды». В то же время, суда с иной глубиной осадки беспрепятственно минуют эти места!

Что держит в «мертвой воде» корабль «за хвост»?

В таких многослойных водах, на границе раздела пресного и соленого слоя при воздействии внешних сил могут возникать внутренние волны.

Если толщина верхнего пресного слоя совпадает с глубиной осадки корабля, то работающий примерно на границе соприкасающихся водных слоев винт и есть та внешняя сила, которая создает глубинные внутренние волны.

При движении в «мертвой воде» «пустота», возникающая позади корабля, заполняется водой из нижнего более плотного слоя. Эти колебания нижнего слоя воды и есть внутренняя волна, возникающая на границе раздела слоев.

При этом над передним склоном первой волны водные массы верхнего слоя, толщина которого равна осадке судна, двигаются в противоположном относительно судна направлении и вызывают потерю им скорости. Волновое сопротивление сильно возрастает, и судну приходится «тащить за собой» внезапно возникшую волну.

Чтобы избежать эффекта «мертвой воды», судну необходимо идти с большой скоростью, превышающей скорость распространения внутренних волн. На малых же скоростях внутренняя волна нагоняет судно и тормозит его движение.

Внутренние волны обладают достаточно большой амплитудой.
Так зафиксированы внутренние глубинные волны с амплитудой в 100 метров и периодом колебаний около 8 минут.

Исследования поведения внутренних волн проводились учеными в специальных бассейнах.
В природных условиях также проводят наблюдения за возникновением и поведением внутренних волн в предполагаемых районах их появления с помощью буев, заглубляемых до границы разделения слоев разной плотности, и современной гидроакустической аппаратуры.

Картина волнения воды на поверхности при попадании судна в «мертвую воду» чем-то напоминает картину воды на мелководье: сначала в условиях штиля поверхность воды спокойная, затем по мере попыток судна к продвижению впереди появляется большая волна, которую вынуждено преодолевать судно, а за кормой - крупные поперечные волны. С остановкой двигателя эти волны пропадают, при запуске двигателя появляются вновь.

А вот слова Ф. Нансена: «Мы почти не двигались с места благодаря мертвой воде. Она образовала как бы вал или даже волны больших или меньших размеров, которые, следуя за судном, пересекали под углом след его за кормой. Иногда эти волны заходили далеко вперед.»

Не только надводные корабли могут пострадать от действия «мертвой воды». Внутренние волны представляют серьезную угрозу и для плавания подводных лодок. С большой долей вероятности действию внутренних глубинных волн приписывается гибель американской атомной подводной лодки «Трешер» в Атлантическом океане в 1963 году.

А как же люди?

Итак, «мертвая вода» может быть очень цепкой и способной замедлять движение судна на 80%. Но в «мертвую воду» может попасть не только корабль, но и пловец. Так сколько же сил ему будет необходимо, чтобы выбраться из этой ситуации, когда «греби - не греби» эффект один и тот же?

Пловцы, участвующие в морских заплывах, иногда жалуются, что «кто-то» или «что-то» держит их в воде. Исследователи установили, что скорость плавания у спортсменов в расслоенной воде падала на 15% при 40-процентной потере двигательной энергии. Таким образом, «мертвая вода» может привести к гибели опытного пловца даже при нормальной погоде.

Загадка «мертвой воды» разгадана, но от этого она не стала, к сожалению, менее опасной!

Но, предупрежден – значит вооружен!

P.S. Еще один участок "мертвой воды": Море Бофорта, принадлежащее бассейну Северного Ледовитого океана, омывает берега Аляски и Канады. В этом арктическом море существует круговое течение, которое было подробно изучено международной группой ученых. Ими было обнаружено необычное явление - в середине моря образовалась область пресной воды, находящейся над более тяжелой соленой водой, причем естественного перемешивания почти не происходит. Это фактически пресное озеро без берегов по объему содержащейся в нем воды вдвое превосходит, например, крупное африканское озеро Виктория.





Устали? - Отдыхаем!

Вверх