Учение о волнообразном движении имело очень своеобразную судьбу вплоть до 1825 г. Водяные волны наблюдались с интересом еще до Аристотеля, и интерес к ним не исчезал и потом. Но до опытного исследования их и до опытной теории волн, — если не принимать в расчет единичных более специальных указаний, обративших на себя мало внимания, — дело не доходило. Волнообразное движение и стоячее колебание воздуха, струн и т. п., которые мы ощущаем, как звук, составляло со времен Ньютона одну из любимых тем наиболее выдающихся математиков; их упрощенные исходные положения, принятые в основание математической дедукции, так мало соответствовали сложным условиям действительности, и согласие их выводов с опытными фактами было так незначительно, что ценность их работ оказалась настолько же сомнительной для физики, насколько они были безупречны с математической стороны. Но когда трудами Френеля волновая теория эфира была построена на столь прочных основаниях, наступила пора сделать и для весомой материи то, что удалось для невесомой: перед экспериментальной физикой возникла настоятельная задача изучить путем наблюдения волнообразное движение хотя бы в такой мере, чтобы создать необходимую основу для последующего развития теории. Эта задача была блестяще и в законченном виде выполнена братьями Вебер в их классическом сочинении «Wellenlehre auf Experimente gegründet, oder über die Wellen tropfbarer Flüssigkeiten mit Anwendung auf die Schall- und Lichtwellen (Leipzig 1825) («Учение о волнах, основанное на опыте, или о волнах капельножидких тел с применением к звуковым и световым волнам»). Мы постараемся воздать должное значению этой работы, изложив здесь вкратце ее содержание. Существует два вида колебательных движений: поступательное и стоячее. Поступательное равнозначно с волнообразным движением. Волнообразное движение принадлежит к числу наиболее распространенных явлений природы, тогда как стоячие колебания замечены до сих пор лишь на звучащих телах. Для возбуждения стоячих колебаний есть два пути: либо все части тела приводят в такое положение, что все они одновременно и с одинаковою силой стремятся выйти из него,— это — путь, которым следовали до сих пор математики, но которому редко следует природа, — либо направляют навстречу друг другу с одинаковой силой много одинаково широких волн, ширина которых составляет какую-либо часть колеблющейся линии или поверхности. (На этот последний путь мы обращаем особенно внимание). Франклин первый удовлетворительно объяснил образование водяных волн ветром. По его мнению, воздух прилипает к воде, поэтому ветер, действуя на поверхность последней, гонит воду перед собою. Но так как при этом верхние частицы воды увлекают за собою нижние, то движение воды и воздуха становится все более медленным, пока напор последующих частиц воздуха не оторвет предшествующих от воды. После этот напряжение постепенно ослабевает, и игра начинается вновь. Согласно теории Веберов, подобным трением между водою и воздухом вызываются лишь самые маленькие волны (рябь) на поверхности больших волн; последние же производятся исключительно ударом или давлением ветра на воду. Постоянное затем нарастание этих волн зависит от четырех причин: 1) от продолжающегося действия ветра на те части волны, которые перемещаются в его направлении; 2) от слияния нескольких волн, идущих в одном и том же направлении, в одну волну; 3) от давления, производимого каждой волною на предшествующую и последующую волну; наконец, 4) от перекрещивания волн, идущих в противоположных направлениях. Как будет показано дальше, в передней половине волны все частицы находятся в восходящем движении, в задней половине — в нисходящем. Волна обращена к ветру больше задней половиной своей, поэтому здесь ветер сильнее гонит вниз частицы ее, тогда как подъему передней половины волны он мало мешает, ибо здесь он действует под острым углом к волне. С волнами, идущими навстречу ветру, происходит как раз обратное; поэтому волны вообще идут с ветром и суммируются в его направлении. Всякая волна при своем передвижении возбуждает на оставляемом ею месте новую волну; эта новая волна, передвинувшись на свою ширину, в свою очередь, порождает позади себя новую волну; и таким образом за первой волной может последовать 20—40 новых, и все они передвигаются в одном направлении с первой. Таким обратным действием волны на последующие, от которого, между прочим, зависит увеличение волн, объясняется большая правильность в чередовании волн, несмотря на неправильность толчков ветра. На море часто замечается множество линейных гряд волн, пересекающихся друг с другом под различными углами. В местах пересечения таких гряд образуются, конечно, более высокие волны, исчезающие по мере передвижения гряд и вновь возникающие; оттого кажется, будто волны здесь нисколько не перемещаются, а только поднимаются и опускаются. Кроме того, большие волны, распространяющиеся, как будет показано, быстрее мелких, с виду как будто катятся под поверхностью мелких. От перекрещивания же волн получается их зазубренность. Большие волны могут образоваться лишь при большом протяжении водной поверхности и при значительной глубине. Поднятие над поверхностью есть лишь результат распространяющегося далеко вглубь внутреннего движения жидкости. Если волна образовалась в глубине, то, дойдя до мелкого места, она быстро нарастает в высоту, передняя ее половина становится более крутою, и волна ломается. С точки зрения этой теории легко объяснить успокоение волнения при выливании на воду масла, что наблюдалось много раз. Масло, быстро распространяясь на поверхности воды, мешает образованию первых волн и усилению или сохранению уже существующих.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «ТЕОРИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛН» з дисципліни «Історія фізики»
