Так называемый эффект «мертвой воды» - это, пожалуй, одно из самых необычных гидродинамических явлений, которое долгое время считалось морской легендой.
Но это не легенда, а суровая реальность. И столкнуться с этим явлением можно в зонах смешения пресной (от тающих льдов) и соленой морской воды.
На границе этих слоев образуется подводная волна, которая создает сильное сопротивление, «съедающее» всю мощность двигателя движущегося судна.
Чтобы было понятно, о чем речь, представьте себе следующую ситуацию: современное судно с мощным дизелем идет по спокойной, чистой воде (без видимого льда) на полном ходу. Внезапно, без видимых причин, скорость падает с 10-12 узлов до 1-2 узлов.
Странно? Конечно.
Но еще страннее, что двигатель ревет на пределе оборотов, винт вращается, а корабль почти стоит на месте и перестает слушаться руля. Вот какие мысли в тот момент будут у капитана?
Пираты? Кракен? Инопланетяне?
👉 Вот это и есть тот самый эффект «мертвой воды». Капитан ощущает это так, будто кто-то схватил судно за киль и тянет назад.
Что это за «зверь» такой?
Вода в этой зоне на самом деле вовсе не «мертвая». Наоборот, внутри нее происходит бурная, но скрытая от глаз динамика.
Всему виной резкое расслоение воды по плотности и солености.
Типичная картина для Арктики или устьев крупных рек выглядит так: в верхнем слое (около 1-5 метров) находится почти пресная, легкая вода от таяния ледников или стока рек. А вот в нижнем слое вода соленая, морская.
👉 Между ними существует четкая граница раздела - пикноклин (или галоклин). Разница в плотности здесь такая же резкая, как, к примеру, разница между маслом и водой в одном стакане.
Когда судно начинает движение, его корпус и работающий винт создают возмущение.
Но из-за наличия пикноклина это возмущение не рассеивается вглубь, а как бы запирается на границе раздела слоев.
В результате происходит образование внутренней волны. Судно толкает вперед границу между пресной и соленой водой.
Под днищем формируется огромная подводная волна, которая не видна на поверхности.
Скорость распространения этой внутренней волны часто составляет всего 1–2 метра в секунду (это примерно 3-7 км/ч). Это критически медленная скорость.
Как только корабль пытается разогнаться быстрее этой величины, он начинает догонять свою собственную волну.
👉 Как итог (причем вполне закономерный с точки зрения физики): вся энергия двигателя, вместо того чтобы двигать судно вперед, тратится на поддержание и раскачку этой огромной подводной волны.
Судно оказывается как бы в «потенциальной яме» между носовой и кормовой подводными волнами.
Кто открыл и изучил этот эффект?
Классическое описание этого явления принадлежит великому норвежскому полярнику Фритьофу Нансену.
Он записал в дневнике:
«Мы шли по совершенно чистой воде, но судно словно прилипло. Машина работала на полных оборотах, однако "Фрам" почти не двигался. Я приказал давать сигналы, менять курс - бесполезно. Казалось, какая-то неведомая сила держит нас на одном месте».
Нансен не знал физики процесса, но он точно заметил главное условие: слой пресной воды сверху от таяния ледников Енисея.
👉 Детальное физическое объяснение этому феномену дал шведский океанограф Вагн Вальфрид Экман только в 1904 году.
Именно он построил математическую модель внутренних волн и доказал, что корабль тормозится не трением о воду, а затратами энергии на создание волн на подводной границе раздела сред.
В 2020 году французские ученые из лаборатории PMMH (ESPCI Paris) провели серию экспериментов в бассейне и доказали, что эффект «мертвой воды» одинаково опасен для любых судов, включая огромные контейнеровозы, если они идут на критической «волновой» скорости в расслоенной воде.
К счастью, с этой напастью можно бороться.
Современные судоводители знают несколько способов вырваться из этой ловушки.
К примеру, один из них – это резкое изменение скорости.
Самый парадоксальный способ - сбросить газ. Когда судно замедляется, оно перестает «кормить» энергией внутреннюю волну, и та затухает. После небольшой паузы можно снова плавно набирать ход.
Помимо этого, можно попробовать маневрировать зигзагом. Частая смена курса (рыскание) разрушает стабильность подводной волны.
👉 Ну и, как вариант – это изменение осадки (прием балласта).
Теоретически, если изменить собственную резонансную частоту судна, эффект может ослабнуть, но в открытом море этот способ трудно применим.
Если статья вам понравилась, не забудьте поставить лайк. А также подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить новые интересные публикации. Спасибо за внимание.