Феномен мертвой воды: почему погибли корабли Клеопатры
Необъяснимые прежде торможение и тряска полностью исправных кораблей в так называемой мертвой воде, наконец, получили научное объяснение.
Когда корабль попадает в мертвые воды, путешествие встает на паузу. В лучшем случае, судно с полностью исправными двигателями замедлит ход, в худшем — остановится. Попутный ветер может выручить моряков, но даже с полными парусами корабль будет двигаться медленнее, чем должен.
Впервые феномен мертвой воды заметил норвежский исследователь Фритьоф Нансен в 1883 году. Отправившись на север Сибири, путешественник попал в зону, где его корабль замедлился настолько, что им сложно стало управлять. Нансен не скоро набрал нужную скорость, так и не поняв, что произошло.
В 1904 году шведский физик и океанограф Вагн Вальфрид Экман описал похожее явление. В своей лаборатории ученый поставил эксперимент с водой различной солености, как в той части Северного Ледовитого океана, где «забуксовал» ранее Нансен. Экман обнаружил, что на границе раздела слоев образуются механические волны. Когда дно корабля взаимодействует с этими волнами, они создают дополнительное сопротивление.
После открытия Экмана ученые поняли: феномен мертвой воды вызван различной плотностью слоев жидкости. Различия в плотности могут возникнуть из-за разной солености или температуры воды. Но в любом случае, у капитана корабля только два варианта. Он может с досадой наблюдать, как судно тащится с постоянной аномально низкой скоростью, что ощутил когда-то Нансен; либо стоять на капитанском мостике и покачиваться вслед за кораблем, испытывающем отрывистые волнения, открытые в лаборатории Экманом.
Понимая причину и виды феномена мертвой воды, ученые не знали механизм захвата кораблей в волновой плен. Лишь недавно физики, специалисты по механике жидкости и математики из Института естественных наук CNRS и Лаборатории математики и прикладных наук Университета Пуатье впервые описали это загадочное явление. С пресс-релизом исследования можно ознакомиться на сайте CNRS.
Команда ученых классифицировала волны, возникающие при контакте слоев жидкости различной плотности друг с другом, а затем провела моделирование перемещения корабля по математически описанным ранее волнам. Моделирование показало, что эффект мертвой воды возникает в том случае, когда волны образуют нечто вроде ленты конвейера. По этой «ленте» корабль едва заметно движется то вперед, то назад, что со стороны выглядит как замедление.
Эксперимент показал также, что нет принципиальных отличий между явлениями, которые наблюдали Нансен в 1883 и Экман в 1904. Колебания Экмана постепенно затухают, и корабль начинает двигаться медленно и с постоянной скоростью.
Работа ученых тут же породила новую гипотезу по одной из древнейших загадок человечества. До сих пор неизвестно, почему во время битвы при Акциуме (31 г. до н.э.) мощные корабли Клеопатры погибли, столкнувшись со слабым флотом Октавиана. Если предположить, что бухта Актия, где проходило сражение, была наполнена мертвыми водами, становится ясно, почему мощь кораблей Клеопатры не помогла правительнице. Трение обратно пропорционально скорости: чем сильнее тащишь по сопротивляющейся поверхности, тем больше она сопротивляется. Значит, слабые корабли Октавиана в мертвых водах могли быть маневреннее и быстрее, чем мощный флот царицы Египта.