Воду в заливе тоже можно заставить колебаться с большой амплитудой, если имеет место резонансная накачка. Например, в заливах вода обычно плещется под действием приливных сил Луны. Однако, поскольку цикличность приливов не совпадает с периодом собственных колебаний воды в заливе, чаще всего вода лишь слегка колеблется. В заливе Фанди дело обстоит иначе: там период собственных колебаний воды порядка 13,3 ч, что достаточно близко к 12,4 ч — времени между приливами (это время составляет половину лунных суток). Поэтому в заливе Фанди колебания уровня воды значительны.

Согласно многолетним наблюдениям, период собственных колебаний воды в заливе постепенно сдвигается в сторону периода приливных колебаний, поэтому амплитуда прилива в заливе Фанди понемногу растет. Этот сдвиг может быть связан с изменением формы поверхности воды в заливе из-за изменения уровня воды в море.

В августе 1893 года у северных берегов Сибири «Фрам», корабль полярной экспедиции под руководством Фритьофа Нансена, попал в зону так называемой мертвой воды. Скорость судна, обычно достигавшая 6–7 узлов, в мертвой воде не превышала 1,5 узла, хотя и вода была спокойной, и погода тихой. Более того, корабль был почти неуправляем. Видимых отличий воды в этой зоне от остальной воды в океане не было. Что же привело к падению скорости и почему корабль не слушался руля?

ОТВЕТ • Зоны мертвой воды появляются там, где при впадении реки в океан слой относительно пресной воды, не перемешиваясь, растекается по соленой воде. Существенную роль в этом играет наличие двух поверхностей раздела между разными средами: это поверхность раздела воздух — пресная вода и поверхность раздела пресная вода — морская вода. В обычных условиях большая часть энергии корабельного двигателя тратится на создание поверхностных волн на границе раздела воздух — океанская вода. Можно сказать, что потери энергии при создании волн — одна из форм аэродинамического сопротивления, препятствующего движению корабля. В мертвой воде корабль создает две системы волн на обеих поверхностях, а это означает, что аэродинамическое сопротивление существенно увеличивается. Чем быстрее корабль пытается двигаться, тем быстрее его энергия передается так называемым внутренним волнам на поверхности раздела пресная вода — соленая вода.

Нос корабля располагается выше первого гребня внутренней волны. Вода непосредственно под этим гребнем движется в направлении, противоположном направлению движения корабля, и тормозит его. Форма корпуса «Фрама» оказалась такой, что руль также располагался над гребнем волны и поэтому никак не мог помочь капитану управлять кораблем.

Торнадо случаются во многих местах по всему миру, но в центральной части Соединенных Штатов есть аллея торнадо — большое пространство, где торнадо может возникнуть практически в любой момент. Человек испытывает перед торнадо благоговейный трепет и страх. Каждый, кто видел и пытался спрятаться от торнадо, знает: этот смерч одновременно и прекрасен, и ужасен. Почему же возникают торнадо и почему на аллее торнадо они происходят так часто? Как торнадо разрушает дома: стены вываливаются наружу или падают внутрь? Иногда в популярных книжках рассказывается, что воздушные потоки при торнадо, бывает, впечатывают солому в деревянную стойку бара. Такое и впрямь возможно?

ОТВЕТ • Торнадо — мощный атмосферный вихрь, образующийся при сильной грозе, если теплый, насыщенный паром воздух движется ниже сухого и холодного воздуха и эти два воздушных массива двигаются в противоположных направлениях. Когда теплый воздух, поднимаясь вверх, проходит через холодный воздух, водяной пар конденсируется и образуются водяные капли. Этот процесс сопровождается существенным выделением тепла, благодаря чему нагретый воздух устремляется вверх с еще большей скоростью. Сложное движение воздуха (движение воздушных масс в противоположных направлениях и ускорение поднимающегося вверх теплого воздуха) приводит к так называемому сдвигу ветра, когда скорость соседних воздушных потоков сильно разнится и по величине, и по направлению. По не слишком понятным до сих пор причинам в таких условиях могут образовываться воздушные вихри, а затем и торнадо. Хотя этот процесс можно моделировать на мощных компьютерах, простой ответ, указывающий на причину возникновения торнадо, получить не удается. Неясно и почему торнадо обладают таким большим запасом энергии.

Торнадо можно видеть только тогда, когда смерч подхватывает с земли и несет с собой грязь и другой мусор, или при значительной конденсация пара в водяные капли. Возможно, мощные торнадо состоят из нескольких небольших вихрей, вращающихся вокруг одного большого центрального вихря. Торнадо бывают разных форм. Они могут напоминать воронки, столбы или канаты (змей). Некоторые торнадо почти вертикальны, а другие, прежде чем опуститься, становятся почти горизонтальными. Кажется, что все торнадо двигаются, причудливо изгибаясь, перемахивая через целые деревни, а иногда опускаются вниз, оставляя на земле глубокие отметины.

В противовес распространенным представлениям, для домов торнадо представляет опасность не из-за внезапного понижения давления воздуха, когда стены неожиданно вываливаются наружу. На самом деле давление падает не слишком сильно. Поэтому при приближении торнадо не тратьте время, не открывайте окна, надеясь, что в доме давление воздуха сравняется с давлением во дворе. Бегите! Прячьтесь! Лучше всего укрыться в подвале, но, если подвала нет, ванная комната с системой водопроводных труб и ванной, которая может служить хоть каким-то щитом, тоже подойдет.

Угрозу для дома представляют воздушные потоки большой скорости, сопровождающие торнадо. Попав под карниз, они могут сорвать с дома крышу. Поскольку при этом целостность конструкции нарушается, стена с наветренной стороны обрушится внутрь дома, а остальные три распадутся наружу. Хотя в «Волшебнике Изумрудного города» торнадо поднял и унес домик Элли, это маловероятно. Скорее, дом развалится на части, а его обломки разлетятся в разные стороны. Они, как шрапнель, могут даже разнести соседний дом. Если дом не развалился на части, его может развернуть вокруг какой-то закрепленной оси, возможно, вокруг водопроводной трубы в ванной комнате. Для дома это кончится тем, что он будет ориентирован по-новому.

Воздушные потоки торнадо бывают настолько сильны, что могут впечатать солому в какой-нибудь деревянный предмет, а деревянную палку — в стальную трубу. Когда воздушные потоки торнадо моделировали в лаборатории, стреляя из пневматической пушки щепками, зубочистками и соломенными вениками, они застревали в деревянных мишенях.

Не многим довелось на собственном опыте испытать, что происходит внутри воронки торнадо. Наиболее детально это описал капитан Рой Холл, чей дом оказался на пути торнадо в мае 1948 года. Когда с дома сорвало крышу и часть стен рухнула внутрь, Холл увидел соседний дом и успокоился, удостоверившись, что его дом не летит по воздуху, как ему показалось сначала. Однако через мгновение он оцепенел от ужаса: всего лишь в 20 м от него, на высоте около 6 м над землей висело нечто. Это нечто медленно колебалось вверх и вниз. Оно было изогнуто, и его вогнутая поверхность была повернута к Холлу. Он был потрясен собственной догадкой о том, что эта парящая штуковина — внутренняя поверхность воронки торнадо, а значит, он оказался внутри этой воронки!