Вряд ли каждый серфер задумывается, сколько сил на него действует, пока он скользит по волне. А мы задумались, и сегодня расскажем, почему серфинг вообще работает.
Инь и ян серфинга
Напомним, все, что мы видим, состоит из мельчайших частиц — атомов. Вокруг атомов есть другие частицы — электроны. Предметы отталкиваются, когда их электроны оказываются так близко, что пытаются занять место друг друга, — законы физики это запрещают, поэтому возникает отталкивающая сила.
Например, когда серфер, лежа на доске, гребет руками, он отталкивается от воды, а вода отталкивается от него. Тут работает третий закон Ньютона: если воздействуешь на что-то, получаешь противодействие той же силы.
Но почему доска просто не утонет? Дело в том, что каждый миг плавания за судьбу серфера борются две противоположные силы. Не добро и зло, конечно, но нечто не менее фундаментальное — гравитация и плавучесть, или сила Архимеда.
Гравитация, то есть притяжение к центру тяжести Земли, тянет серфера вниз. В то время как плавучесть, то есть возможность плавать на поверхности воды, когда твой вес равен весу вытесненного тобой объема жидкости, выталкивает его вверх.
Эти силы находятся в идеальном равновесии, пока серфер лежит на доске и никуда не двигается – доска под весом человека вытесняет вокруг ровно столько воды, чтобы не дать гравитации погрузить своего владельца под воду.
Но вот серфер заметил волну, начал подстраиваться под нее, и ситуация быстро усложняется.
Идти вдоль потока
Хотя бы раз в жизни вы наверняка опускали ладонь в бурный поток и ощущали, как вода толкает ее по течению. Если в этот момент повернуть ладонь, например, вправо, вода будет толкать ее дальше вправо, причем часть потока станет отклоняться влево.
Похожее происходит с доской серфера, когда тот оказывается на поднимающейся перед волной воде, встает на доску и начинает движение вдоль волны. Равновесия больше нет: помимо гравитации и плавучести на серфера теперь действуют гидродинамические силы, то есть силы движения воды внутри волны.
Доска при этом вытесняет часть воды в сторону, что можно заметить по брызгам.
Гравитация продолжает давить вниз, сила Архимеда — вверх, а гидродинамические силы — вперед, благодаря движению волны. В итоге серфер начинает скользить по волне вперед и вниз, набирая скорость.
Если удастся совладать с гравитацией (для этого нужно встать на доску в правильный момент — прямо перед местом, где волна ломается) и удержаться на волне, скорости станет достаточно, чтобы компенсировать силу тяжести — в итоге, бесконтрольное скольжение вниз прекратится, а серфер при соблюдении техники продолжит двигаться вдоль волны с нарастающей скоростью, выбирая направление — вверх или вниз по волне.
При желании серфер может скользить быстрее самой волны, если научится использовать движение вверх и вниз по волне подобно тому, как скейтбордисты разгоняются на рампе, приседая в середине и поднимаясь на подъеме, — эта техника называется пампинг.
Танец под ритм гидродинамических сил
Поймать волну — лишь половина успеха, ведь удержаться на ней не так просто.
Волны «ломаются», создавая водные туннели для серферов, из-за приближения к берегу — нижняя часть волны замедляется из-за трения и неровностей дна, в то время как верхняя начинает двигаться быстрее нижней. Так и получается закручивающееся движение воды.
Трение также влияет на доску серфера — чем быстрее тот движется вперед по волне, тем сильнее трение воды толкает его назад. Лобовое сопротивление, то есть трение доски о воду — четвертая сила, которая действует во время серфинга. Чтобы ее ослабить, дно доски должно быть как можно более гладким, ведь любые неровности будут замедлять движение.
А чтобы не упасть раньше времени, серферу нужно контролировать свой центр тяжести: согнуть колени, чтобы центр был ближе к доске и воде было сложнее вас сбросить.
Поскольку влияние сил меняется в зависимости от положения доски и серфера, нужно поворачивать в стороны, чтобы удержаться на волне. Если центр тяжести посередине доски, она плывет параллельно поверхности воды, так как ее вес и плавучесть уравновешены. Но если нужно повернуть, следует встать на заднюю часть доски – тогда задний край уйдет глубже, а передний поднимется над водой, позволяя через наклон дать доске новое направление.
Получится своеобразный танец со стихией, с десятками тонн быстро двигающейся воды у самой опасной «ломающейся» части волны, где серфер то скользит вниз, то забирается вверх, чтобы уравновесить сразу четыре силы природы одновременно.