Zjawisko martwej wody: jak zginęły potężne statki Kleopatry?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Niewytłumaczalne wcześniej hamowanie i drżenie w pełni sprawnych statków w tzw. martwej wodzie wreszcie znalazło naukowe wyjaśnienie.

Gdy statek wpłynie na martwe wody, podróż zostaje wstrzymana. W najlepszym przypadku statek z w pełni sprawnymi silnikami zwolni, w najgorszym się zatrzyma. Tylny wiatr może pomóc żeglarzom, ale nawet z pełnymi żaglami statek będzie poruszał się wolniej niż powinien.

Zjawisko martwej wody po raz pierwszy zauważył norweski badacz Fridtjof Nansen w 1983 roku. Udając się na północ Syberii, podróżnik znalazł się w strefie, w której jego statek zwolnił tak bardzo, że trudno mu było kontrolować. Nansen nie nabrał szybko wymaganej prędkości i nie rozumiał, co się stało.

W 1904 szwedzki fizyk i oceanograf Wagn Walfried Ekman opisał podobne zjawisko. W swoim laboratorium naukowiec przeprowadził eksperyment z wodą o różnym zasoleniu, jak w tej części Oceanu Arktycznego, gdzie wcześniej Nansen „zatrzymał się”. Ekman odkrył, że na styku warstw powstają fale mechaniczne. Kiedy dno statku wchodzi w interakcję z tymi falami, tworzą one dodatkowy opór.

Po odkryciu Ekmana naukowcy zdali sobie sprawę, że zjawisko martwej wody spowodowane jest różnymi gęstościami warstw cieczy. Różnice w gęstości mogą wystąpić ze względu na różne zasolenie lub temperatury wody. Ale w każdym razie kapitan statku ma tylko dwie opcje. Z irytacją może patrzeć, jak statek ciągnie ze stałą, nienormalnie niską prędkością, co kiedyś wyczuł Nansen; albo stanąć na mostku i kołysać się za statkiem, doświadczając nagłego podniecenia odkrytego w laboratorium przez Ekmana.

Rozumiejąc przyczynę i rodzaje zjawiska martwej wody, naukowcy nie znali mechanizmu chwytania statków w niewoli fal. Dopiero niedawno fizycy, mechanicy płynów i matematycy z Instytutu Nauk Przyrodniczych CNRS oraz Laboratorium Matematyki i Nauk Stosowanych Uniwersytetu w Poitiers po raz pierwszy opisali to tajemnicze zjawisko. Komunikat prasowy dotyczący badania jest dostępny na stronie internetowej CNRS.

Zespół naukowców sklasyfikował fale, które pojawiają się, gdy warstwy cieczy o różnej gęstości stykają się ze sobą, a następnie zasymulował ruch statku wzdłuż matematycznie opisanych fal. Symulacje wykazały, że efekt martwej wody występuje, gdy fale tworzą coś w rodzaju taśmy przenośnika. Na tej „taśmie” statek ledwo zauważalny porusza się do przodu lub do tyłu, co z boku wygląda jak spowolnienie.

Eksperyment wykazał również, że nie ma zasadniczych różnic między zjawiskami zaobserwowanymi przez Nansena w 1983 r. i Ekmana w 1904 r. Oscylacje Ekmana stopniowo wygasają, a statek zaczyna poruszać się powoli i ze stałą prędkością.

Praca naukowców natychmiast dała początek nowej hipotezie dotyczącej jednej z najstarszych tajemnic ludzkości. Nadal nie wiadomo, dlaczego podczas bitwy pod Akcjum (31 pne) potężne statki Kleopatry zostały zabite, gdy zderzyły się ze słabą flotą Oktawiana. Jeśli przyjmiemy, że zatoka Aktia, w której toczyła się bitwa, była wypełniona martwą wodą, staje się jasne, dlaczego potęga statków Kleopatry nie pomogła władcy. Tarcie jest odwrotnie proporcjonalne do prędkości: im bardziej ciągniesz oporną powierzchnię, tym bardziej ona stawia opór. Oznacza to, że słabe statki Oktawiana na martwych wodach mogłyby być bardziej zwrotne i szybsze niż potężna flota królowej Egiptu.