2.66. Волны, прошедшие через сужение

Почему океанские волны, вырываясь из узкого прохода, ширина которого немногим больше их длины, расширяются (расходятся), а не продолжают двигаться в исходном направлении (рис. 2.21)?

Рис. 2.21 / Задача 2.66. Океанские волны испытывают дифракцию на проломе в скале (вид сверху).

ОТВЕТ • Подобное расширение — пример дифракции, то есть наложения (интерференции) волн при прохождении через узкое отверстие. Как правило, распространяющуюся по прямой волну с плоской поверхностью (плоским волновым фронтом) можно представить как набор небольших источников вторичных полусферических волн. Перекрытие и интерференция всех этих волн непрерывно создают распространяющуюся волну с плоским фронтом. Однако когда волна попадает в узкий проход, сохраняются только источники, попавшие внутрь этого прохода. Этих источников недостаточно, чтобы испускаемые ими полусферические волны, перекрываясь и интерферируя, могли образовать распространяющуюся волну с плоским волновым фронтом. Испускаемые ими полусферические волны образуют на выходе из узкого прохода расходящуюся волну. Более того, у этой новой волны амплитуда вертикального движения в разных точках разная. Есть точки, где вертикальное движение воды существенно, но в промежуточных точках оно вообще отсутствует. Поэтому, если к берегу подходит волна, прошедшая между волнорезами[41], есть места, где волнение практически не ощущается, хотя в других местах волны могут быть достаточно большими.

Дифракция имеет место и при прохождении волны вблизи края барьера: часть воды вблизи барьера затекает в область тени, в то место, которое, как кажется, защищено от волн.