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

Рабочие, занятые в буровой промышленности, пожалуй, единственные, кто думает об этих волнах день-деньской. Когда буровая установка вгрызается в породу, крутильные волны устремляются вверх и вниз по буру и бурильной колонне. Уж вы, пожалуйста, помните об этом, если вам случится конструировать буровое оборудование. Ну а в остальное время даже не забивайте себе голову — волны этого типа встречаются гораздо реже, чем волны двух предыдущих типов.

И это представляет в некотором роде проблему.

Если я собираюсь завершить трилогию о типах волн, иллюстрируя их движениями того или иного животного, мне надо разыскать зверюгу, которая прибегает к крутильным волнам. Но в том-то и неприятность, что мне, хоть убей, ничего в голову не приходит.

Единственные создания, которые хоть как-то удовлетворяют требованиям, не считаются животными в строгом смысле этого слова. Это микроорганизмы — определенные типы бактерий, которые передвигаются с помощью похожего на хвост жгутика — вроде того, который есть у человеческих сперматозоидов. Например, бактерии Е. colt [12] Кишечная палочка (прим. перев.). и Salmonella [13] Сальмонелла (прим. перев.). . Бактерии некоторых штаммов не только сами ловко двигаются с помощью виляющего «хвоста», но и, попадая вместе с плохо вымытой пищей внутрь, заставляют вас в быстром темпе двигать в туалет, а то и еще дальше — в кабинет врача. Но бактерии эти не водят жгутиком из стороны в сторону, как сперматозоиды, которые продвигаются благодаря направленным прямо поперечным волнам. «Хвосты» бактерий вращаются вокруг крошечных наномоторчиков — так вращались бы обрывки каната, привязанные к лопастям гребного винта на шлюпке. При вращении жгутики молотят во всех направлениях, за счет чего бактерии и продвигаются вперед.

Бактерии в качестве примера — это, конечно, хорошо. Но вот незадача — у нас нет прямых доказательств тому, что крутильные волны в самом деле перемещаются по всей длине жгутика бактерии. Равномерное, с постоянной скоростью вращение означает лишь то, что «хвост» одновременно бьет вверх-вниз и из стороны в сторону. Получается поперечная волна в трех измерениях, маскирующаяся под волну крутильную.

Вот досада! Раз уж не удается найти живых существ, способ передвижения которых демонстрировал бы крутильные волны, может, нас устроит пример, когда эти самые волны не позволяют живому существу с места сдвинуться?

Правда, должен предупредить: история эта довольно грустная. И для живого существа, о котором пойдет речь, трехлапого кокер-спаниеля по кличке Табби, ничем хорошим не заканчивается.

Табби столкнулся с крутильными волнами в 1940 году — во время путешествия на машине, пересекавшей мост возле Такомы, портового города в заливе Пьюджет-Саунд, что в 51 км к югу от Сиэтла, штат Вашингтон. За рулем сидел Леонард Коутсворт, местный журналист; Табби, любимец его дочери, да и всей семьи, находился на заднем сидении.

Мост Такома-Нэрроуз начал раскачиваться еще до завершения строительства. Причем настолько сильно, что рабочие назвали его «Галопирующей Герти»; в то время многие из трудившихся непосредственно на мосту успели пристраститься к лимонным долькам, которые жевали, чтобы не укачивало. Однако до поры до времени мост испытывал лишь небольшие колебания — в ветреную погоду его полотно шло волнами по всей длине.

Организация, ответственная за строительство, пригласила профессора Ф.Б. Фаркуарсона с инженерного факультета Вашингтонского государственного университета: поперечные волны надо было каким-то образом погасить. Тогда никто и не думал, что они могут представлять серьезную опасность — несмотря на колебания, мост эксплуатировали в обычном режиме.

Однако 7 ноября ровный ветер, дувший со скоростью 18,8 м в секунду, вызвал опасное скручивание центрального подвесного пролета длиной в восемьсот метров. Скручивание оказалось настолько сильным, что Леонард Коутсворт, к тому времени доехавший до середины моста, не справился с управлением и резко затормозил. Бетонное покрытие вокруг машины пошло трещинами; выпрыгнувшего из автомобиля Коутсворта отбросило на дорогу. Добраться до задней дверцы машины, чтобы спасти беднягу Табби, Коутсворт не смог. Сам он с полкилометра полз на коленях — из-за колебаний моста его то и дело бросало на бетон, — пока не оказался на устойчивом пролете; его ладони и колени кровоточили.

В тот день ветер стал причиной очередных, еще более сильных колебаний. Как только профессор Фаркуарсон услышал о вовсю «галопирующем» мосте, он схватил кинокамеру и выехал на место, чтобы увидеть все своими глазами. Приехав, он тут же заметил, что вибрации, проходящие вдоль центрального пролета, имеют характер именно крутильных волн, а не уже известных поперечных, во время которых полотно поднимается и опускается. Проезжая часть центрального пролета сначала поднималась с одной стороны, потом с другой: крутильные волны проходили по всей его длине туда и обратно. Ветер не давал конструкциям моста погасить крутильные колебания: когда пролет под воздействием ровного ветра начинал слегка раскачиваться, они постепенно нарастали.

Профессор установил кинокамеру возле мостовой опоры, где колебания были минимальными, и снимал машину Коутсворта на центральном пролете — она раскачивалась, резко кренясь. [14] Материал, отснятый профессором Фаркуарсоном, а также владельцем магазина кинокамер, находившегося неподалеку, вошел в учебные пособия для студентов инженерно-строительных вузов, став классическим примером неучтенного при конструировании воздействия ветра. Съемки моста, чье полотно скручивается подобно эластичному бинту, впечатляют; их легко можно найти в YouTube по рейтингам. Коутсворт рассказал профессору о несчастном псе на заднем сидении. Профессор наверняка был из собачников — он решил, что животное нужно немедленно спасти.

И вот, с трубкой в руке, Фаркуарсон отошел от мостовой опоры, бодро вышагивая по центру полотна. Он старался идти по двойной сплошной — она как раз служила осью, вокруг которой мост скручивался, и была относительно устойчива. Однако края полотна каждые две секунды поднимались и опадали уже метра на три.

Машина находилась ближе к левому краю моста, и Фаркуарсону пришлось сойти с центральной разметки — он шел, пошатываясь, напоминая подвыпившего каскадера. Открыв заднюю дверцу, профессор попробовал выманить Табби из машины. Однако из-за крутильных колебаний пса швыряло из стороны в сторону; он был так напуган, что инстинктивно цапнул протянутую к нему руку. Профессору самому нелегко было удерживать равновесие — ведь мост ходил ходуном, поэтому пришлось оставить Табби. Так укус стоил псу жизни.