24 октября 2008, 11:38

Ученые сняли на видео мертвую воду

Исследователи из Италии и Франции сняли на видео так называемый эффект мертвой воды - явление, характерное для холодных морей.
Мертвая вода при отсутствии видимых волн тормозит плывущий по ней корабль. Предыдущие исследования выявили причину необычного эффекта, а в данной работе его "подноготная" была показана наглядно.



Пре-принт статьи с полным вариантом видео доступен на сайте arxiv.org.

Впервые эффект мертвой воды был описан в 1893 году полярным исследователем Фритьофом Нансеном во время плавания по Баренцеву морю. Неожиданно на спокойной воде скорость движения корабля начала сильно замедляться. Было показано, что этот эффект проявляется, когда толща воды содержит несколько отличающихся по плотности слоев. В северных морях расслоение происходит из-за таяния ледников: менее плотная пресная вода оказывается поверх более плотной соленой.

Движение корабля способствует образованию волны во внутреннем слое. Постепенно амплитуда волн увеличивается, они нагоняют корабль и замедляют его движение. При этом поверхность верхнего слоя воды остается практически неподвижной.

Авторы данной работы экспериментально воспроизвели эффект мертвой воды. Они наполнили водой длинный резервуар с прозрачными стенками. Сначала ученые налили в резервуар два слоя воды разной плотности. В верхний слой был добавлен краситель. Исследователи запускали в резервуар игрушечную лодку. Исходно лодка передвигалась с постоянной скоростью (моторчик сматывал трос, закрепленный на лодке). Однако практически сразу после "отплытия" скорость перемещения лодки падала, а в некоторых случаях лодка полностью останавливалась.

На видеозаписи хорошо видно, как именно образуются волны и как происходит замедление движения лодки. Во второй серии экспериментов ученые повторили опыт, однако вода содержала три слоя (в естественных условиях в морях содержится еще больше слоев). Авторы работы показали, что эффект мертвой воды практически не изменился от увеличения числа слоев.

Несмотря на кажущуюся простоту работы ученых, она имеет важное значение. Гидродинамические уравнения являются настолько сложными, что за доказательство факта существования их решений Институт Клэя предлагает миллион долларов.