Новый физический фейерверк - Джирл Уокер Страница 48

В августе 2000 года во время проведения учений российского Северного флота в Баренцевом море затонула ядерная подводная лодка «Курск». В тот день приборы сейсмологических станций Cеверного полушария зарегистрировали необычные сейсмические волны, исходившие из района Баренцева моря. Проанализировав данные, сейсмологи установили причину, по которой подлодка затонула, и глубину, на которой в тот момент она находилась. Как можно с помощью измерений, проводимых далеко от места событий, определить глубину, на которой произошел взрыв?

ОТВЕТ • Сейсмические волны распространяются либо через горные породы, либо вдоль поверхности земли. Сейсмические станции устанавливаются в основном для того, чтобы регистрировать сейсмические волны, возникающие во время землетрясений, но не только. Они записывают еще и сейсмические волны, испускаемые при любом событии, когда много энергии высвобождается где-то вблизи поверхности земли, например при взрывах. Когда сейсмическая волна проходит через станцию, она заставляет колебаться перо самописца, и оно рисует кривую. Кривая, записавшая трагические события с «Курском», показывала серию колебаний малой амплитуды и начавшиеся через 134 с колебания с намного большей амплитудой.

По виду кривой специалисты заключили, что первые колебания, возможно, были вызваны взрывом на борту. Этот взрыв, вероятно, разрушил корпус, подлодка затонула, на ней начался пожар. Позже, уже после того, как подлодка легла на грунт, на борту одновременно взорвались несколько (возможно, пять) мощных ракет, от чего пошли гораздо более мощные сейсмические волны. Они достигли сейсмических станций в виде импульсов, разделенных временными интервалами примерно в 0,11 с.

Зная эти временные интервалы, сейсмологи смогли определить глубину, на которой затонула подлодка. Более сильные взрывы произошли, когда лодка уже лежала на дне моря. От них волны распространились внутрь земли и наверх через толщу воды. Последние отразились несколько раз от поверхности воды и от морского дна. Каждый раз, когда отраженный импульс достигал дна, он порождал еще один импульс, направленный вглубь земли, и сейсмологи регистрировали эти импульсы один за другим. Поэтому интервал 0,11 с между двумя последовательными импульсами — это время пробега импульса туда-обратно, то есть вверх до поверхности воды и обратно до дна. Используя это значение времени распространения импульса, специалисты подсчитали, что подлодка затонула на глубине примерно 80 м. Позже выяснилось, что в действительности она затонула на глубине 115 м, то есть расчет оказался достаточно точным.

Сейсмологи зарегистрировали и много других мощных взрывов, таких как взрыв в 1998 году грузовика, начиненного взрывчаткой, во время террористической атаки на консульство США в столице Кении — Найроби. В 1989 году они зарегистрировали сейсмические волны, возбужденные ударными акустическими волнами, образовавшимися, когда космический челнок «Колумбия», возвращаясь на базу военно-воздушных сил «Эдвардс», пролетал над Лос-Анджелесом. А также колебания почвы, возникшие 11 сентября 2001 года, когда угнанные террористами самолеты врезались в башни-близнецы Всемирного торгового центра и позже, когда башни рухнули.

1.126. Как песчаный скорпион обнаруживает жертву

Когда жук пробегает по песку в нескольких десятках сантиметров от песчаного скорпиона, тот мгновенно разворачивается в сторону жука (которым намеревается закусить) и набрасывается на него. Скорпион может сделать это и не видя жука (он ночной охотник), и не слыша его. Как песчаный скорпион может точно определить местонахождение своей жертвы?

ОТВЕТ • Песчаный скорпион определяет направление и расстояние до жертвы по волнам, которые создает жук, двигаясь по поверхности песка. При одном типе волн — поперечных волнах (их еще называют волнами Рэлея) — песок на поверхности движется в вертикальном направлении, то есть перпендикулярно направлению движения волн. В продольных волнах песок движется вдоль направления распространения волн. Продольные волны распространяются в три раза быстрее поперечных. Скорпион, у которого целых восемь ног, расставленных на песке по окружности диаметром около 5 см, сначала воспринимает быстрые продольные волны и определяет направление на жертву. Это то направление, на которое указывает нога скорпиона, первой почувствовавшая приход волн (рис. 1.44). Затем скорпион фиксирует временной интервал между приходом продольной волны и приходом медленной поперечной волны и использует этот интервал для определения расстояния до жука. Например, интервал в 0,004 с между приходом двух типов волн означает, что волны от жука приходят с расстояния 30 см. Таким образом скорпион мгновенно определяет и направление на жертву, и расстояние до нее.

Рис. 1.44 / Задача 1.126. Волны оповещают скорпиона о движении жука.

1.127. Снежные волны

Почему в редких случаях, когда человек ступает по снежной целине, может начаться снеготрясение, распространяющееся от следов в стороны, и при этом раздается низкочастотный звук, похожий на хлопок?

ОТВЕТ • Снеготрясение — это, скорее всего, постепенное обрушение корочки снега, возникающее из-за разрушения структурно непрочного слоя рыхлого снега, скрытого под корочкой. Когда человек наступает на снег, этот рыхлый слой снега разрушается под тяжестью ноги, а потом он тянет и сотрясает соседние области, которые тоже разрушаются. Когда рыхлый снег обрушивается, раздается хлопок, напоминающий звук от падения снега с веток дерева на снежный наст.

1.128. Волна на футбольном стадионе

Волна на футбольном стадионе — это импульс, который создают болельщики и который распространяется по большому переполненному стадиону во время спортивных матчей. Этот эффект стал известен всему миру после чемпионата мира по футболу 1986 года в Мехико, и поэтому его называют мексиканской волной, или ла-ола. Группы болельщиков поочередно встают, поднимают руки, а потом садятся на место, и это напоминает волну, которая расходится по всем трибунам. Как волна начинается (ведь никакого сигнала ни от кого не поступает) и как быстро она распространяется?