Ян Проктор - Плавание под парусом: ветер, волнение и течения

Теория Джеффриса не является полностью справедливой, так как в ней не учитывается скорость самых быстрых волн, которые могут двигаться со скоростью ветра или еще быстрее, тогда как обычно при устойчивом в течение значительного времени ветре волны движутся со скоростью, составляющей примерно 3/4 от скорости ветра. Тем не менее в образовании более медленных волн механизм экранирования играет важную роль Восходящие потоки воздуха над гребнями используют парящие морские птицы.

Теоретически рябь появляется при ветре около 2 узлов, но при этом настоящие волны не образуются и не поддерживается существование уже сформировавшихся волн, уходящих в районы с меньшей скоростью ветра Если ветер, образовавший рябь, стих, то поверхность воды опять становится гладкой как зеркало.

Следовательно, темные полосы ряби в тихий день являются хорошим индикатором скорости ветра у поверхности воды, хотя это не обязательно означает, что там, где ветровых полос нет, несколько выше поверхности воды ветер отсутствует. Для яхтсмена наблюдение за ветровыми полосами в штиль очень важно, но эти полосы не всегда являются безошибочными признаками лучшего парусного ветра, так как яхту движет ветер не у самой поверхности, а несколько выше.

Необходимо подчеркнуть, что рябь вызывается относительным движением воды и воздуха непосредственно над поверхностью. Поэтому при наличии течения рябь может образовываться при штиле. Таким образом, темные полосы на воде не всегда говорят о ветре, в равной степени они могут быть следствием течения. Необходимо также отметить, что ветер, при котором обычно появляется рябь, не образует ее, если вода движется примерно в том же направлении и с той же скоростью, что и воздух При таких условиях гладкие участки водной поверхности могут означать наличие попутного течения. Аналогично, если легкий ветер дует в направлении течения, а ери штиле течение уже образовало рябь, то ветер может ее уничтожить. Следовательно, используя рябь как индикатор наличия ветра или течения, необходимо помнить все перечисленные обстоятельства. (См также с. 71–76.)

На размеры волн влияет расстояние, на котором развивались ветровые волны. Это расстояние называется разгоном ветра (или волн). Для понимания влияния разгона на волны рассмотрим, как на них действует волнолом Один и тот же ветер может быть как до, так и после волнолома, но волнение будет существенно различным За волноломом оно образовано ветром при ограниченном разгоне и поэтому относительно невелико и может быть безопасным.

На образование волн влияет также вязкость: в натурных условиях крупные волны при скоростях ветра менее 8 узлов образуются редко. Непрерывное воздействие усиливающегося ветра формирует большие волны, но затем диссипация и турбулентность ограничивают размеры волн, и дальнейшая энергия, поступающая от ветра, расходуется только на увеличение их длины и скорости. Например, известно, что при сильном шквале образуются крутые, беспорядочные маленькие волны, которые, в отличие от сравнительно высоких волн, не имели достаточно времени, чтобы достигнуть значительной длины или скорости.

Абсолютно правильные большие волны сравнительно редки даже в открытом океане, в прибрежных водах они встречаются еще реже. Волны, образованные сильными ветрами, затухают медленно и поэтому проходят большие расстояния; такие волны, которые движутся без помощи ветра, называют зыбью. Очень часто в одном и том же районе одновременно могут наблюдаться две или три системы зыби. Часто при местном ветре на гребнях зыби образуются волны меньших размеров и другого направления. Все это может происходить в открытом море, в сотнях миль от суши, поэтому легко представить сложную картину интерференции на мелководье у подветренного берега и при наличии течений.

Достаточно странно и, вероятно, противоречит распространенному представлению мое мнение о том, что волнение на соревнованиях швертботов и других маленьких яхт часто более регулярно, чем в центре Атлантики; причина заключается в ограниченности разгонов в районах соревнований, поэтому волны здесь молодые, следовательно, совпадают с наблюдающимся ветром и не «перепутаны» с волнами, зародившимися в других районах.

Хорошо известно, что зыбь, образовавшаяся при сильном ветре, может существовать долго после того, как ветер стих. Неудивительно, что скорость зыби очень часто существенно превышает скорость местного ветра. Менее известно (об этом мы уже упоминали), что при достаточно большом разгоне и устойчивом ветре скорость волн может быть значительно больше скорости породившего их ветра. Имеется запись волн со скоростью 60 узлов; 30 узлов- скорость вполне обычная.

ГЛАВА 7. Использование волнения на соревнованиях

Рис. 28. Высота и длина волны.

Волны характеризуются высотой, длиной, периодом и скоростью. Между высотой волны и другими ее элементами не имеется простых и точных соотношений, но длина, период и скорость зависят друг от друга, — если известна одна величина, то по ней можно определить другую.[6]

На рис. 28 показан способ определения высоты и длины волны. Высота — вертикальное расстояние между вершиной волны и следующей за ней подошвой. Длина — горизонтальное расстояние между двумя одинаковыми частями соседних волн, например расстояние между вершинами. Период волны- время, необходимое для прохождения волны через заданную точку, или, другими словами, время между прохождением двух последовательных вершин через фиксированную точку. Скорость волны — это скорость перемещения волны по поверхности воды, то есть скорость, с которой движется гребень.[7]

Между длиной, периодом и скоростью волны имеются различные зависимости, по которым получаются несколько отличающиеся результаты. На соревнованиях наибольший интерес представляет скорость волны, а единственной точной величиной, по которому можно ее определить, является период. Эти две величины связаны очень простой формулой:

Скорость (узлы) =3, 0 x период в с.

Эту формулу упростил я сам, но ее точность вполне достаточна.

Имеется несколько способов определения периода волн. Один из самых простых — бросить в воду какой-либо плавающий предмет, не подверженный действию ветра. Время, в течение которого предмет поднимется на вершины двух соседних волн, является периодом. Для большей точности лучше взять время прохождения 10 волн. Период крупных волн в прибрежных водах обычно составляет около 5–7 секунд.

Если рядом имеется буй, то пo времени между его появлением на вершинах соседних волн можно определить период, однако следует помнить, что этот способ не точен при наличии течений, так как требуется определить скорость волн относительно спокойной воды. Период можно также найти по времени подъема свободно дрейфующей яхты на гребни волн. Последний способ не так точен, как хотелось бы, так как держать яхту без хода длительное время сложно, но для общей оценки он, по-видимому, пригоден.

Для примера бросим небольшой листок белой бумаги на поверхность воды. Он хорошо виден и, плавая на поверхности, не подвержен действию ветра. Отметим время его подъема на вершину волны, засечем время прохождения еще девяти волн и, когда бумажка поднимется на вершину десятой волны, закончим счет.[8] Если время между этими определениями равно, скажем, 25 секундам, то период волн равен 25: 10 = 2, 5 секунды.

Простой расчет по вышеприведенной формуле дает следующий результат:

Скорость = 3, 0–2, 5 = 7, 5 узла.

Полученная информация хотя и интересна, но часто бесполезна для яхтсмена. Однако при определенных условиях эти сведения очень нужны.

Например, для глиссирования при ветре, который может разогнать небольшую яхту до скорости 9 узлов, важно решить, проходить ли дистанцию по взволнованной поверхности или держаться более спокойной зоны. Если на спокойной воде яхта может развить скорость 9 узлов, то будет ошибкой направить ее в волны, движущиеся со скоростью 8 узлов. В этом случае Глиссирование на тыловом склоне и гребне волны совершенно невозможно, поэтому скорость лодки будет ограничена скоростью волн, то есть 8 узлами.

Рассмотрим гораздо более сложный случай с волной большей длины и скоростью 16 узлов, при Скорости ветра, достаточной для глиссирования по спокойной воде со скоростью 9 узлов. Что лучше- оставаться на спокойной воде и глиссировать с постоянной скоростью 9 узлов или направиться к волнам? Во многом это зависит от яхты и, конечно, от умения экипажа управлять яхтой на волнах. Из рис. 29 видно, что глиссирование будет примерно только на 2/з волны. На остальной трети яхта пойдет вверх по волне и будет следовать не со скоростью глиссирования, а с максимальной скоростью водоизмещающего плавания, которая для 4-метровой яхты составит 5, 5 узла.