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.

---

Однако сердце не всегда работает как часы — если волна, распространяясь, отклоняется от нормальной формы, организм не снабжается кровью в полном объеме. Круговой волны вроде той, что образуется от шлепка мыла о воду в ванне, как раз стоит опасаться. То же самое можно сказать о спиральной волне, которая в водной среде представляет собой малоинтересную на вид полную воду[8] — эта «приливная волна» перемещается вдоль стенок чайной чашки, когда вы ложечкой размешиваете сахар. Возникающие в сердечной мышце круговые или спиральные волны нарушают четко отлаженную работу всей системы, вызывая состояние, известное как аритмия. И хотя инфаркт чаще всего случается в результате закупорки артерий, снабжающих клетки сердца кислородом и питательными веществами, его причиной, влекущей за собой скоропостижную смерть, может стать и аритмия — при условии, что наблюдается не редкое, почти незаметное трепетание сердца, а серьезные хронические сбои в его работе. Бывает, пейсмейкерным клеткам не удается сгенерировать электрический импульс должным образом. В таком случае прибегают к помощи искусственного пейсмейкера — воздействующего на ритм сердца электрокардиостимулятора. Прибор в устойчивом ритме генерирует импульсы, посылая волну в нужное время.

Возникающие в нездоровой ткани сердца круговые и спиральные волны — следствие неравномерно проходящих через мышечную ткань электрических импульсов и последующих сокращений. Такие импульсы могут возникнуть по разным причинам. Иногда в группе нормальных мышечных клеток возникает «кризис самоопределения» — клетки начинают вести себя как пейсмейкерные, генерируя собственные, не попадающие в такт волны. Бывает, что распространение электрических импульсов блокируется или замедляется в результате повреждения ткани или из-за тромба — это напоминает свободный бег океанических волн, внезапно прерываемый встающим на их пути пирсом или причальной стенкой.

В любом случае результатом становится аритмия по типу реентри. В самых серьезных случаях она представляет угрозу для жизни — многочисленные и некоординированные волны распространяются по мышечной ткани сердца в качестве своего рода ответной реакции. Последствия такой аритмии катастрофические, поскольку нормальный ритм сокращений сердца нарушается. (В сериалах, показывающих будни клиники, это как раз тот самый эпизод, когда склонившийся над пациентом врач кричит: «Фибрилляция желудочков! Мы его теряем! Черт, куда подевался дефибриллятор?») Крайне важно в течение первых же секунд воздействовать на сердце одиночным кратковременным электрическим импульсом — устранить разрозненные, несогласованные сокращения отдельных групп мышечных волокон. Эта мера, по сути схожая с быстрой перезагрузкой компьютера, должна нормализовать работу сердца.

И все же биение сердца — лишь одна из множества мышечных волн, пронизывающих наши тела. Впрочем, завзятых серфингистов такие волны едва ли приведут в восторг. И напрасно — от них зависит наша жизнь. Чем наверняка и объясняется непроизвольность сокращения соответствующих мышц. Вот почему большинство из нас об этих волнах даже не догадывается.

К примеру, перистальтическая волна подхватывает пищу, которую вы глотаете, и направляет через пищевод в желудок. Эта же самая волна мышечных сокращений двигает пищу из желудка дальше в тонкий кишечник, где питательные вещества всасываются.

Все эти волны представляют собой внутреннюю транспортную систему тела. Где-то волновое движение совсем незаметно — например, легкое колыхание крошечных волосков, или ресничек, выстилающих трахею. Реснички, совер шая волнообразные движения, запускают самый «культурный», тонко организованный процесс, называемый мукоцилиарнои эскалацией. Звучит загадочно, но на деле все довольно прозаично: выстилающий трахею изнутри эпителий задерживает частички пыли и другой грязи, которую вы вдыхаете вместе с воздухом. Слой липкого эпителия проделывает очень важную работу — отлавливает инородные частицы до того, как они попадут в легкие. Но каким образом слизь и тот «груз», что налипает на нее, выводятся из трахеи, если только их не отхаркивать, уподобляясь неотесанному деревенщине?

Конечно же, благодаря волнообразным движениям реснитчатого эпителия. Крошечные реснички постоянно совершают скоординированные колебательные движения, похожие на движения ног поспешно удирающей многоножки. Благодаря этим согласованным микроскопическим волнам слизь и налипшие на нее частички выводятся вверх по трахее к гортани. На этом волны реснитчатого эпителия свою работу завершают. А то, как распоряжаются плодами их трудов дальше — культурно сглатывают или невоспитанно отхаркивают, — не имеет к волнам никакого отношения. Тут уж все зависит от воспитания.

Волны внутренних мышечных сокращений слишком важны для организма, чтобы оставаться подконтрольными сознанию. Представьте на секунду, что вам надо следить за согласованной работой перистальтических волн и волн мукоцилиарнои эскалации, одновременно поглядывая за «моторчиком» — как бы не пошли спиральные волны. Все равно, что проходить уровни самой сложной компьютерной игры в мире. Постоянно держа в уме все эти задачи, на званом ужине вы окажетесь крайне скучным собеседником — будете весь вечер сидеть, как в рот воды набрав, с болезненно сосредоточенной физиономией. Вряд ли вас пригласят еще раз.

Любой истинный наблюдатель за волнами должен знать три основные формы волн и уметь их различать. Волны классифицируют по направлению колебаний частиц среды — например воды, через которую распространяется океаническая волна, или воздуха, через который распространяется звук. Таким образом, волны разделяют на продольные, поперечные и крутильные.

Хотя сами волны на вид довольно интересны, названия их, к сожалению, навевают скуку. Чтобы хоть как-то исправить положение, я продемонстрирую их отличия на примере животных, в основе движения которых лежит та или иная волна.

Я имею в виду не тех животных, которые лихо катаются на волне океанической, хотя дельфины и белухи, вне всяких сомнений, самые ловкие серфингисты в мире.

И не этого пса:

Джек-Рассел терьер по кличке Бадди соревнуется в группе маленьких собак на Третьем ежегодном заплыве серфингистов-собак возле Дель-Мара, Сан-Диего, Калифорния 

Вовсе нет. Я о тех созданиях, которые извиваются, сопровождая свои движения волнами мышечных сокращений. Классический пример этого — движения змеи. Очевидно, что такой способ передвижения никаких неудобств им не доставляет — змеи отличные охотники. По счастливому стечению обстоятельств, змея особенно хорошо демонстрирует первый тип — вольту поперечную.

Поперечные волны очень похожи на движения змеиного тела — колебания совершаются перпендикулярно, то есть под прямым углом по отношению к направлению распространения волны. Волна распространяется вперед за счет среды, двигающейся вверх-вниз или из стороны в сторону. Такой способ передвижения называется «змейкой», и хотя для змеи он не единственный, но, тем не менее, основной: «змейкой» должна овладеть всякая хоть сколь-нибудь уважающая себя змеиная особь, будь то королевская кобра или песчаный уж. При таком движении все тело рептилии прижато к земле; она последовательно описывает телом волнообразные кривые, напоминающие букву S. Волна мышечных сокращений пробегает от головы к кончику хвоста — змея, отталкиваясь телом от неровностей почвы, скользит вперед. Волновые колебания представляют собой проекцию непрерывной синусоидальной кривой на земле; каждая точка змеиного тела повторяет путь предыдущей точки, поскольку волна тела проходит сверху вниз по всему телу с такой же скоростью, с какой змея скользит вперед.

Такой тип движения змея использует, когда передвигается по твердой земле, встречая на своем пути множество твердых предметов: ветки, камни и прочее, — поверх которых ей легко извиваться. Однако большинство видов змей используют несколько способов передвижения — совсем как лошади, переходящие с рыси на легкий галоп, сменяющийся шагом. Выбор змеи зависит от характера поверхности, по которой она передвигается, и требуемой скорости передвижения.

На особенно неустойчивой поверхности — например вязком песке барханов или заливаемой приливами и отливами прибрежной полосе — многие змеи двигаются поперечными волнами, но гораздо более эффективным образом, уподобляясь полноприводному внедорожнику; этот способ передвижения называется скручиванием, или боковым ходом. Так проще всего преодолевать скользкие или ровные поверхности, от которых трудно отталкиваться. Наверняка вы уже догадались, что этой техникой передвижения в совершенстве овладели пустынные змеи, особенно представительница подсемейства ямкоголовых — рогатая гремучая змея.