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

• Название: Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас
• Автор: Гэвин Претор-Пинни
• Издательство: Лайвбук
• Жанр: Физика
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-904584-33-7

Приготовьтесь: вас ждет кругосветное путешествие по всевозможным волнам: от серферских океанических до мозговых, радио-, микро-, инфракрасных, акустических, световых и многих прочих.

Претор-Пинни предлагает нам заново взглянуть на наш постоянно взволнованный мир.

---

Впрочем, метод нейробиологической обратной связи применяется не только для лечения мозговых нарушений. Несколько игроков победившей в мировом чемпионате 2006 года итальянской футбольной команды прошли тренинг по данному методу. Целью тренинга было поддержание нервной системы в тонусе во время послематчевых пенальти. Правда, тут нам не с чем сравнивать, так что едва ли можно утверждать, что положительный эффект дало использование именно метода нейробиологической обратной связи.

В случае же со студентами Королевского колледжа музыки в Лондоне, которые прошли аналогичный тренинг, преследовалась совсем иная цель — снять нервное напряжение перед выступлением.{33} Музыкантов учили сокращать высокочастотные альфа-волны и увеличивать низкочастотные тета-волны. Предполагалось, что благодаря увеличению тета-волн, тех самых, из-за которых мы клюем носом в электричке, музыканты во время выступления сохранят спокойствие.

Каждый музыкант исполнял одно и то же произведение перед началом тренинга, длившегося десять сеансов, и после; выступления были записаны на видео. Записи дали про смотреть независимой экзаменационной комиссии. Судьи не знали, какая из записей относилась ко времени до тренинга, а какая — ко времени после тренинга; кроме того, на пленке были записаны и выступления тех музыкантов, кто прошел альтернативные курсы расслабления, которые заключались в выполнении физических упражнений, тренировке психической устойчивости, применении метода Александера[11] или все того же метода нейробиологической обратной связи, но с акцентом на другие частоты мозговой волны — чтобы исключить вероятность эффекта плацебо при таком экзотическом методе лечения.

Когда экзаменаторы проставили оценки выступлениям, результаты всех удивили. Экзаменаторы даже не догадывались, кто из студентов какой тренинг проходил, они не имели понятия, какая запись была сделана «до», а какая — «после». Однако по их оценкам, те студенты, которые прошли тренинг по методу нейробиологической обратной связи с акцентом на увеличение ответственных за расслабление тета-волн, добились успехов, возможных лишь после двух лет обучения и практических занятий. Что же до остальных студентов, то судьи не заметили сколько-нибудь заметного прогресса в исполнительских навыках. Наверняка эти студенты сочли себя обделенными, за исключением разве что тех, кто в процессе тренировок улучшил хотя бы свою физическую форму.

* * *

Впрочем, мозговые волны — вещь все-таки скорее умозрительная, поэтому не вернуться ли нам к чему-нибудь более осязаемому? Скажем, к механическим волнам третьего и последнего типа — крутильным.

В то время как поперечные волны представляют собой движения из стороны в сторону, а продольные — вперед-назад, крутильные волны распространяются благодаря движению скручивания. Такие движения практически незаметны — вряд ли вы их вообще увидите. Крутильные волны распространяются вдоль всего, что сопротивляется скручиванию, распрямляясь и принимая первоначальное положение. Скажем, вы зацементировали один конец длинного металлического прута в стену — он торчит из нее под прямым углом, — после чего приварили к другому концу руль и хорошенько его закрутили, прежде чем отпустить. Крутильные волны распространятся вверх и вниз по всей длине прута между зафиксированным концом и рулем — произойдет кручение из стороны в сторону. Что, хотите сказать, вам такая странная идея и в голову не придет?

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] и Salmonella[13]. 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.

Профессор Фаркуарсон возвращается после неудачной попытки спасти Табби, оставшегося на мосту Такома-Нэрроуз. Видите едва заметные движения крутильных волн?

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] Коутсворт рассказал профессору о несчастном псе на заднем сидении. Профессор наверняка был из собачников — он решил, что животное нужно немедленно спасти.