Водопад Виктория на реке Замбези называется у местного
населения «мози-оа-тунья», или «дым, который шумит». Название «Ниагара» на языке североамериканских индейцев означает «высоты грозного шума».
Оба эти названия говорят о том, что при виде водопада человека поражает
не только зрелище падения огромной массы воды, но и соответствующий
ему звуковой эффект.
При наличии в приземном слое атмосферы высокой влажности
и мощной температурной инверсии создаются благоприятные условия
для сильного преломления и концентрации звуковых лучей вдоль речной
долины, как акустического волновода. В этом случае возможны явления
типа акустического миража, и дальность слышимости шума водопада
резко возрастает. Статистика наблюдений показывает, что ночью шум
водопадов слышен в среднем в 3...4 раза дальше, чем днем. Шум водопада
Виктория во время половодья (март – июнь) ночью и при отсутствии
маскирующих шумов отчетливо слышен в аэропорту, расположенном в
одиннадцати километрах от водосброса.
Огромная масса воды Ниагары низвергается с высоты
в 50 м и развивает при этом мощность примерно в 4 млн лошадиных
сил. На возбуждение акустических колебаний затрачивается менее 1%
этой мощности. Шум Ниагары днем обычно слышен на расстоянии 1,6...2
км, ночью же дальность его слышимости может достигать 6...7 км.
На расстоянии 57 м от места дробления воды шум Ниагары составляет
87 дБ, у самого же места дробления он настолько оглушителен, что
люди буквально не слышат друг друга.
Как показали измерения, у небольшого ручья с расходом
воды порядка 0,5...2 л/сек энергия шума распределяется на частоты
от 40 Гц до 8 кГц с максимумом в диапазоне 1,6...2 кГц. У водопада
с расходом воды 30...40 мз/сек звуковая энергия приходится на тот
же диапазон частот, что и для ручья, но максимум смещается к 1 кГц
и становится менее острым. У Ниагары при расходе воды в течение
суток от 1 500 до 3 000 м3/сек максимум звуковой энергии приходится
на диапазон 37...75 Гц. При уменьшении расхода воды происходит небольшое
увеличение звуковой энергии Ниагары в диапазоне частот 600 Гц –
4,8 кГц. Общая величина энергии высоких частот (2,4...4,8 кГц) в
шуме этого водопада заметно ниже по уровню в сравнении с низкими
частотами (75...150 Гц).
Шум водопадов всегда возникает при вспенивании дробящейся
воды, когда в ней образуются и захлопываются пузырьки различных
размеров (кавитация). Самая сильная компонента в звуке захлопывающихся
пузырьков соответствует частоте их резонанса. Поскольку при дроблении
воды могут возникать кавитации различных размеров, акустический
спектр дробления охватывает сравнительно широкий диапазон частот.
Максимум в этом спектре соответствует наиболее часто встречающимся
размерам кавитаций. При диаметре большинства пузырьков в 0,33 см
резонансная частота их колебаний равна 2 кГц. Это соответствует
максимуму в акустическом спектре ручья. У небольшого водопада при
диаметре кавитаций в 0,66 см максимум в акустическом спектре приходится
на частоту в 1 кГц. Для максимума в спектре Ниагары диаметр пузырьков
должен быть равен 12 см.
У некоторых водопадов за счет отражения звука от
высоких прибрежных скал создаются благоприятные условия для резонанса
воздушной среды между скалами, В результате шум водопада приобретает
индивидуальную окраску.
Шумит не только падающая вода, но и набегающие на
берег волны, например, морской прибой. Уже при небольшом ветре возникает
волнение моря, и волны чередой накатываются на берег. В зоне прибоя
волны отдают энергию, накопленную при движении в морях и океанах.
Волны прибоя создают при ударе о берег давление от 3 000 до 30 000
кг/м2 и во время сильных бурь могут перемещать глыбы весом до 100
тонн. Возникающие при мощном дроблении водных масс крупные капли
поднимаются в высоту до 60 м. Удары волн обрушиваются на берег довольно
регулярно со средним периодом 4,8 секунды (при слабом и сильном
волнении) и являются причиной возбуждения в атмосфере мощных инфразвуковых
колебаний.
Инфразвуки большой энергии с частотой 0,1...0,3
Гц возникают за счет колебания (поднятия и опускания) свободной
поверхности воды при волнении. Это происходит на всей затронутой
волнением поверхности морей и океанов.
Наряду с инфразвуками, в зоне прибоя порождаются
и колебания звукового диапазона за счет дробления воды с образованием
кавитаций и перемещения прибрежной гальки. Во время слабого и среднего
волнения сила звука прибоя в месте его возникновения составляет
77...82 дБ. При сильном волнении звуки прибоя у скалистых берегов
могут усиливаться расположенными в скалах пещерами и выемками. В
этом случае получается особенно громкий гул и грохот. В сторону
моря зона слышимости прибоя простирается обычно на 300...800 м,
в сторону суши, в зависимости от рельефа местности, – на 100...800
м. Спектр шума прибоя подобен спектру шума небольшого водопада.
Другие главы из книги Вс. Арабаджи "Загадки простой воды"
