Появление вихревых потоков в приповерхностном слое воды рассмотрено в статье «Волна на воде. Так ли все просто?». Перемещение тороидального вихря от центра волны к периферии описано в статье «Волна на воде и колебательный контур».
А теперь давайте посмотрим, что происходит, если две волны движутся друг на друга. На заставке к статье видно, что волны способны проходить друг сквозь друга, почти не нарушая законов движения каждой из них. Волны, как очень вежливые люди, находят способ потесниться и бережно «протиснуть» встречную волну через собственное построение. Как же это происходит?
Ситуация изображена на рисунке 1. Пары тороидальных вихрей движутся навстречу друг другу, причем вращение вихрей в них противоположное.
Предположение о том, что эти вихри при встрече погасят друг друга, увы, не оправдывается. Поэтому дадим вихрям сблизиться. Процесс взаимного приветствия показан на рисунке 2. Вихри, вращающиеся встречно, обходят друг друга по восьмерке.
Дальнейшее движение приводит к встрече вихрей с совпадающим направлением, но и они обходят друг друга, образуя общую траекторию, как показано на рисунке 3.
И наконец завершение встречи – вежливое прощание с сохранением всех своих атрибутов, показано на рисунке 4.
Если представить тороидальный вихрь набором вертикальных дисков, например грампластинок, раскатывающихся от центра к берегам, это очень близко будет соответствовать действительности по отношению к внешнему тору. Слои во внутреннем торе – это грампластинки диски, которые "катятся" по потолку. Наверно каждый читатель уже понял, что вертикальные слои вихрей (отдельные грампластинки) отдаляются друг от друга по мере увеличения радиуса круга на воде. За счет вязкости воды в процесс вовлекаются новые массы жидкости, которые находятся между дисками. На это расходуется энергия вихря, поэтому амплитуда волны (высота «горба» минус глубина «ямки») постепенно уменьшается. Сама вязкость тоже преобразует энергию вращения в тепло и снижает эффективность движения волны. Ничего вечного нет, поэтому и наша волна через какое-то расстояние сойдет на нет. Но если дойдет до преграды, обязательно отдаст ей часть энергии, полученную при создании волны.
Мы рассмотрели встречное движение. Можно также продемонстрировать и процедуру, когда одна волна догоняет и перегоняет другую. В любом случае вихри аккуратно сольются, а потом разойдутся дальше, каждый своей дорогой. Почему? Дело в стабилизирующем факторе скатывающихся потоков с «горбов» волны. Стоит «горбу» стать повыше над соседними «ямками», потоки с этого «горба» возрастут. Если «ямка» изменит свою глубину – потоки в нее изменятся. Поэтому, когда вихри сливаются, повышается разность уровней «горбов» и «ямок», соответственно потоки переформируют вихри в нужном направлении. Например, когда вихри с совпадающими направлениями сливаются в один удлиненный вихрь, «ямка» над ними исчезает, "горб" становится выше и шире, усиливаются верхние потоки в разные стороны от точки встречи и разводят слившиеся пары вихрей в стороны.
Если очень хочется, можно проверить, что встреча вихрей под углом друг к другу так же не приведет к потере направления или амплитуды. Ведь скатывание может осуществляться не только в плоскости чертежа или экрана. Трехмерная горочка воды позволит осуществиться скатыванию воды в любом направлении водной поверхности. Вот отсюда и появляется та красота, которая изображена на заставке к статье.
Отмечу для тех, кому нравятся математические описания физических процессов. Влияние верхних потоков на вихри возможно только при наличии вязкости воды. Стекание потоков с возвышений появляется только при наличии гравитационных сил. Движение вдоль поверхности без подталкивающей силы ветра возможно только при наличии дна или массы покоящейся воды под волной. Пытаться выполнить такой эксперимент на МКС очень дорого и, как мне кажется, совершенно бесполезно делать.
Самое главное для математиков: рассмотреть необходимо большое количество расчетных точек. К таковым можно отнести: оси вихрей, точки соприкосновения вихрей, точки разлива воды на вершинах «горбов», точки слияния поверхностных потоков в «ямках», узлы слияния и разделения вихрей. Должны быть описаны процессы всасывания вихрями внешних слоев воды и процессы выталкивания воды между вихрями, а для интерференции – процессы слияния и разделения вихрей. Наверное, это частично где-то описано. Я ни в коей мере не гидротехник и не претендую на звание ученого.
Выдвинутая мною гипотеза о механизме движения кругов на воде служит одной цели: разобраться, что такое свет и как работает электромагнитная волна. Эта гипотеза неплохо объяснила мне, почему волны на воде не гасят друг друга. Если удастся привязать теорию вихрей к движению электромагнитного поля, мы получим отличный математический аппарат для расчета антенн, для построения направленных световых и других излучателей и приемников. Избавится от двойственности фотона было бы совсем хорошо. Гипотеза вихрей объяснит, почему лучи от разных источников, встречающиеся под самыми разными углами, не гасят и не искажают друг друга.
Дополнение уравнений Максвелла набором уравнений вихревого движения полей будет очень достойным вкладом в науку для любого ученого. С большим удовольствием я присоединюсь к той группе, которую возглавит человек, хорошо разбирающийся в электромагнитных полях и вихревых потоках.
Всех, кто примет участие в разработке гипотезы заранее благодарю!
Спасибо, что дочитали до конца.