Несколько веков назад катание по волнам было забавой туземцев Полинезии, а теперь сёрфинг — это профессиональный спорт, который входит в Олимпийскую программу. За столетия изменились доски и стиль катания, но до сих пор остаётся ощущение магии, когда словно из ниоткуда у берега вырастает волна, и по ней начинает скользить человек, рисуя на воде тут же исчезающую в бурлящей пене линию. Впрочем, за любой магией стоит физика, и сёрфинг — не исключение. Сегодня мы расскажем вам, откуда приходят волны и как сёрферам удаётся их «оседлать».
ОТКУДА В ОКЕАНЕ ВОЛНЫ?
Волна рождается далеко-далеко от берега, в открытом океане, где бушуют шторма и дуют сильные ветра. Ветер дует из зоны повышенного давления в зону пониженного. В океане эти области разделены многими километрами, поэтому ветер дует над очень большой площадью. Там, где воздух соприкасается с поверхностью воды, молекулы атмосферы ударяются о молекулы жидкости и передают им часть энергии ветра. Сначала они создают лишь крошечное возмущение — капиллярные волны, которые могли бы успокоиться за счёт одного только поверхностного натяжения воды. Но если ветер продолжает дуть, капиллярные волны работают как паруса, собирая всё больше и больше энергии и увеличиваясь в размере. В определённый момент они становятся настолько большими, что теперь возмущение противостоит не натяжению поверхности воды, а гравитации, такие волны называются гравитационными. В зоне шторма океан похож на бурлящий суп, в котором хаотично перемещаются гравитационные волны разного размера.
Энергия, которую получает вода, не статична, а движется в том же направлении, в котором дует ветер. Кроме того, энергия накапливается. Её итоговое значение в океане зависит от трёх факторов: чем сильнее ветер, чем больше площадь, над которой он дует, и чем дольше длится это воздействие, тем больше энергии в результате получит вода. Так, например, если сам шторм двигается в том же направлении, что и ветер, он следует за движением энергии в воде, подпитывая и увеличивая её. Когда шторм утихает или сворачивает в сторону, энергия океана продолжает своё движение в заданном направлении , и с этого момента начинается свелл.
Длина волны
Амплитуда
Свелл — это серия механических волн на поверхности воды в отсутствие непосредственного воздействия окружающей среды. То есть ветер уже не дует, а волны продолжают бежать вперёд. Важно понимать, что сама вода никуда не двигается — перемещается только энергия, накопленная во время шторма. Это происходит за счёт столкновения молекул, по тому же принципу, что и при игре в бильярд. Когда молекула ударяется о соседнюю, она меняет свою траекторию движения, сталкивается со следующей и так далее. В итоге молекулы двигаются по кругу, а на поверхности воды создаётся визуальный эффект бегущих вперёд волн. Энергия передаётся не только вперёд, но и вниз, частично рассеиваясь при этом. Подсчитано, что глубина проникновения возмущения составляет половину длины волны. Глубже океан находится в относительном спокойствии.
Во время путешествия волны, образовавшиеся под воздействием шторма, взаимодействуют друг с другом: одни складываются и становятся больше, другие, наоборот, взаимно уничтожаются. Кроме того, волны разной длины двигаются с разной скоростью: какие-то начинают отставать, другие убегают вперёд. Благодаря огромным размерам океана волны проходят длинный путь и за счёт этого «отсеиваются», а к берегу доходит то, что называется граунд-свелл — серия ровных волн примерно одного и того же размера. Кроме того, волны обычно идут так называемыми сетами — группами по 3–9 волн с небольшим промежутком затишья между ними. Если расстояние от шторма до берега небольшое и волны разного размера не успевают отделиться друг от друга, такой свелл называется ветровым. В этом случае сеты выражены не так ярко. Чаще волны приходят одна за другой без перерыва.
КАК СВЕЛЛ СТАНОВИТСЯ ВОЛНАМИ ДЛЯ СЁРФИНГА
Не каждому свеллу суждено стать волнами для сёрфинга, а правильнее сказать — не везде. Для того чтобы по волне можно было прокатиться, она должна иметь определённую форму. Формирование волны для сёрфинга зависит от строения дна в прибрежной зоне. Поскольку океан очень глубокий, а энергия свелла двигается только в небольшом по толщине слое у поверхности, она беспрепятственно доходит до берега. Достигая мелководья, нижние молекулы начинают задевать дно и, во-первых, тормозят, а во-вторых, вытесняются вверх. Длина волны укорачивается, а гребень растёт, то есть волна становится выше. Там, где глубина, а вернее мелкота, достигает критического значения, выросший гребень обгоняет основание волны и, в отсутстви е опоры, коллапсирует сам на себя. Волна рушится. Место, где это происходит, называется лайнапом; там-то и сидят сёрферы, ожидая подходящую волну. В зависимости от строения дна волна может обрушиться сразу по всей длине, а может закрываться постепенно, создавая стенку, по которой и едет сёрфер. Форма волны напрямую зависит от формы дна: чем резче мельчает, тем резче вырастает волна. Обычно самые резкие и мощные волны рождаются там, где перепад высот почти мгновенный, например, если на дне лежит огромный камень или начинается рифовое плато. Там, где перепад постепенный, например, на пляжах с песчаным дном, волны более пологие и закрываются медленнее.
КАК СЁРФЕР ЛОВИТ ВОЛНУ
Наличие волн — необходимое, но не достаточное условие для сёрфинга. Чтобы прокатиться по волне, сёрферу нужно её поймать, и это — самая сложная, но и самая интересная часть катания. Выглядит процесс следующим образом: сёрфер лежит на доске и гребёт в сторону берега. Когда волна догоняет его, доска оказывается на наклонной поверхности волны и начинает скатываться по ней вниз. В этот момент сёрфер встаёт на ноги и начинает ехать. Звучит просто, но на самом деле, чтобы доска поехала по волне, сёрферу нужно развить некоторую начальную скорость, а также оказаться в определённом месте волны, там, где наклон стенки уже достаточно большой, но гребень всё ещё не обрушился. Когда сёрфер лежит на доске и гребёт по ровной воде, большая часть сёрфборда затоплена, и ему приходится прилагать много усилий, чтобы преодолеть сопротивление жидкости. Такой режим движения называется водоизмещение. Если плавательное средство с плоским дном, в нашем случае сёрфборд, достигает определённой пороговой скорости, оно переходит в режим глиссирования — движется по поверхности воды, практически не погружаясь в неё, удерживаясь и скользя только за счёт скоростного напора жидкости и создаваемой им подъёмной силы.
Одной только греблей руками невозможно набрать достаточную скорость для перехода в режим глиссирования, поэтому-то сёрферы и используют энергию волны. Когда сёрфер, лежащий на доске, оказывается на наклонной стенке волны, происходят две вещи: во-первых, сила гравитации начинает тянуть его вниз, как с горки, а во-вторых, энергия гребня слегка толкает хвост доски, придавая дополнительное ускорение. Чем более крутая стенка, тем больший вклад дают гравитация и энергия волны, именно поэтому ловить волны надо перед самым обрушением. Таким образом, скорость сёрфера в момент, когда он перестаёт грести, складывается из начальной скорости, которую он развил с помощью гребли, и скорости, которую ему придала волна. Если этой суммы будет достаточно, доска перейдёт в режим глиссирования, то есть сёрфер поймает волну. Если скорости не хватит, то волна пройдёт дальше, оставив сёрфер а позади.
СИЛА ВОЛНЫ
КАК ДОСКА ЕДЕТ ПО ВОЛНЕ
При выходе на глиссирование сопротивление жидкости резко падает, поэтому сёрферу можно уже не грести, а вставать на ноги. Теперь для поддержания и набора скорости ему нужно управлять доской, задавая ей такую траекторию, которая позволит преобразовывать энергию волны в движение. Вспомним, что свелл — это движение не воды, а энергии. Молекулы воды остаются на месте, а энергия движется в сторону берега. Так, если сёрфер не будет никуда грести, волны будут проходить под ним, поднимая и опуская, но не будут смещать его в сторону берега. Понять это можно на простой аналогии: представьте себе ковёр, под которым прокатывается валик. Ковёр — это поверхность воды, а валик — энергия. Наблюдатель видит бегущую вперёд волну, но понимает, что сам ковёр остаётся на месте. Когда сёрфер едет по волне, он словно перемещается по поверхности ковра, всё время оставаясь перед валиком. Если посмотреть на это движение «изнутри», с точки зрения валика ковёр движется ему навстречу. С точки зрения сёрфера, едущего по волне, вода движется по передней стенке волны вверх, ему навстречу, создавая так называемый «эффективный поток».
Доска нарушает этот эффективный поток, забирая часть его энергии, за счёт чего и поддерживается скорость движения. Задача сёрфера — так управлять доской, чтобы находиться в самой мощной части потока и брать от него максимум энергии. Это возможно, когда доска перпендикулярна эффективному потоку, то есть находится ближе к гребню в резкой части волны. Получается, что сёрфер, умело владеющий доской, скользит по волне, используя энергию, которую передал океану ветер в сотнях и тысячах километров от берега. В среднем движение по волне длится 20–30 секунд. Это совсем немного, но чтобы всё удалось, должно совпасть очень много факторов, начиная с достаточно сильного шторма, определённого строения дна и береговой линии, вплоть до минуты и секунды, когда сёрфер оказывается точно в месте старта, ограниченном буквально несколькими метрами. Вероятно, именно это граничащее с магией и везением обстоятельство делает сёрфинг таким притягательным и захватывающим видом спорта.
