Legile de propagare a undelor sonore. Enciclopedia școlară
Citeste si
>>Fizica: Sunetul în diferite medii
Propagarea sunetului necesită un mediu elastic. Undele sonore nu se pot propaga în vid, deoarece nu există nimic care să vibreze acolo. Acest lucru poate fi verificat pe experiență simplă. Dacă punem un clopot electric sub un clopot de sticlă, pe măsură ce aerul este pompat de sub clopot, vom constata că sunetul din sonerie va deveni din ce în ce mai slab până când se oprește cu totul.
sunet în gaze. Se știe că în timpul unei furtuni vedem mai întâi un fulger și abia după un timp auzim tunete (Fig. 52). Această întârziere apare din cauza faptului că viteza sunetului în aer este mult mai mică decât viteza luminii care vine de la fulger.
Viteza sunetului în aer a fost măsurată pentru prima dată în 1636 de omul de știință francez M. Mersenne. La o temperatură de 20 °C, este egală cu 343 m/s, adică 1235 km/h. Rețineți că la această valoare viteza unui glonț tras de la o mitralieră Kalashnikov (PK) scade la o distanță de 800 m. Viteza la foc a glonțului este de 825 m/s, ceea ce este mult mai mare decât viteza sunetului în aer. Prin urmare, o persoană care aude sunetul unei împușcături sau fluierul unui glonț nu trebuie să-și facă griji: acest glonț a trecut deja pe lângă el. Glonțul depășește sunetul împușcăturii și ajunge la victimă înainte de a sosi sunetul.
Viteza sunetului depinde de temperatura mediului: cu o creștere a temperaturii aerului crește, iar cu o scădere, scade. La 0 °C, viteza sunetului în aer este de 331 m/s.
Sunetul se deplasează cu viteze diferite în diferite gaze. Cu cât masa moleculelor de gaz este mai mare, cu atât viteza sunetului în ea este mai mică. Deci, la o temperatură de 0 ° C, viteza sunetului în hidrogen este de 1284 m/s, în heliu - 965 m/s, iar în oxigen - 316 m/s.
Sunetul în lichide. Viteza sunetului în lichide este în general mai mare decât viteza sunetului în gaze. Viteza sunetului în apă a fost măsurată pentru prima dată în 1826 de J. Colladon și J. Sturm. Ei și-au efectuat experimentele pe lacul Geneva din Elveția (Fig. 53). Pe o barcă au dat foc prafului de pușcă și în același timp au lovit un clopoțel coborât în apă. Sunetul acestui clopot, cu ajutorul unui claxon special, coborât și el în apă, a fost surprins pe o altă barcă, care se afla la o distanță de 14 km de prima. Viteza sunetului în apă a fost determinată din intervalul de timp dintre fulgerul luminii și sosirea semnalului sonor. La o temperatură de 8 °C, s-a dovedit a fi aproximativ 1440 m/s. 
La limita dintre două medii diferite, o parte din unda sonoră este reflectată, iar o parte se deplasează mai departe. Când sunetul trece din aer în apă, 99,9% din energia sonoră este reflectată înapoi, dar presiunea în unda sonoră care a trecut în apă este de aproape 2 ori mai mare. Aparatul auditiv al peștilor reacționează exact la acest lucru. Prin urmare, de exemplu, țipetele și zgomotele deasupra suprafeței apei sunt o modalitate sigură de a speria viața marina. Aceste țipete nu vor asurzi o persoană care se află sub apă: atunci când sunt scufundate în apă, „dopurile” de aer vor rămâne în urechi, ceea ce o va salva de supraîncărcarea sonoră.
Când sunetul trece din apă în aer, 99,9% din energie este reflectată din nou. Dar dacă presiunea sonoră a crescut în timpul trecerii de la aer la apă, acum, dimpotrivă, scade brusc. Din acest motiv, de exemplu, sunetul care apare sub apă atunci când o piatră lovește pe alta nu ajunge la o persoană în aer.
Acest comportament al sunetului la granița dintre apă și aer a dat motive strămoșilor noștri să considere lumea subacvatică ca o „lume a tăcerii”. De aici și expresia: „Este mut ca peștele”. Cu toate acestea, chiar și Leonardo da Vinci a sugerat să ascultați sunetele subacvatice punând urechea la o vâslă coborâtă în apă. Folosind această metodă, puteți vedea că peștii sunt de fapt destul de vorbăreți.
Sunetul în solide. Viteza sunetului în solide este mai mare decât în lichide și gaze. Dacă puneți urechea pe șină, atunci după ce ați lovit celălalt capăt al șinei, veți auzi două sunete. Unul dintre ei vă va ajunge la ureche de-a lungul șinei, celălalt - prin aer.
Pământul are o bună conductivitate a sunetului. Așadar, pe vremuri, în timpul unui asediu, în zidurile cetății erau așezați „ascultători”, care, prin sunetul transmis de pământ, puteau stabili dacă inamicul sapa pe ziduri sau nu. Punendu-și urechea la pământ, urmăreau și apropierea cavaleriei inamice.
Corpurile solide conduc bine sunetul. Din această cauză, oamenii care și-au pierdut auzul sunt uneori capabili să danseze pe muzică care ajunge la nervii lor auditivi nu prin aer și urechea exterioară, ci prin podea și oase.
1. De ce, în timpul unei furtuni, vedem mai întâi fulgere și abia apoi auzim tunete? 2. Ce determină viteza sunetului în gaze? 3. De ce o persoană care stă pe malul unui râu nu aude sunetele care apar sub apă? 4. De ce au urmat „ascultătorii” care în antichitate terasamente dușman, erau adesea orbi?
Sarcina experimentală . Punerea unui capăt al tablei (sau a unei rigle lungi de lemn) ceas de mână, atașați-vă urechea la celălalt capăt. Ce auzi? Explicați fenomenul.
S.V. Gromov, N.A. Patria, Fizica clasa a VIII-a
Trimis de cititorii de pe site-uri de internet
Planificare de fizică, planuri pentru rezumate ale lecțiilor de fizică, programa școlară, manuale și cărți de fizică clasa a 8-a, cursuri și teme de fizică pentru clasa a 8-a
Conținutul lecției rezumatul lecției suport cadru prezentarea lecției metode accelerative tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autoexaminare, traininguri, cazuri, quest-uri teme de discuție întrebări întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, imagini grafice, tabele, scheme umor, anecdote, glume, pilde cu benzi desenate, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole jetoane pentru curioase cheat sheets manuale de bază și glosar suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment din manualul elementelor de inovare la lecție înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte plan calendaristic pentru un an instrucțiuni programe de discuții Lecții integrateȘtim că sunetul călătorește prin aer. De aceea putem auzi. Niciun sunet nu poate exista în vid. Dar dacă sunetul este transmis prin aer, datorită interacțiunii particulelor sale, nu va fi transmis prin alte substanțe? Voi.
Propagarea și viteza sunetului în diferite medii
Sunetul nu este transmis doar prin aer. Probabil că toată lumea știe că dacă pui urechea la perete, poți auzi conversații în camera alăturată. În acest caz, sunetul este transmis de perete. Sunetele se propagă în apă și în alte medii. Mai mult, propagarea sunetului în diferite medii are loc în moduri diferite. Viteza sunetului variază in functie de substanta.
În mod curios, viteza de propagare a sunetului în apă este de aproape patru ori mai mare decât în aer. Adică peștii aud „mai repede” decât noi. În metale și sticlă, sunetul circulă și mai repede. Acest lucru se datorează faptului că sunetul este o vibrație a mediului, iar undele sonore se deplasează mai repede în medii cu o conductivitate mai bună.
Densitatea și conductivitatea apei este mai mare decât cea a aerului, dar mai mică decât cea a metalului. În consecință, sunetul este transmis diferit. Când treceți de la un mediu la altul, viteza sunetului se schimbă.
Lungimea undei sonore se modifică, de asemenea, pe măsură ce trece de la un mediu la altul. Doar frecvența sa rămâne aceeași. Dar de aceea putem distinge cine vorbește în mod specific chiar și prin pereți.
Deoarece sunetul este vibrații, toate legile și formulele pentru vibrații și unde sunt bine aplicabile vibrațiilor sonore. Când se calculează viteza sunetului în aer, ar trebui să se țină seama și de faptul că această viteză depinde de temperatura aerului. Pe măsură ce temperatura crește, viteza de propagare a sunetului crește. La conditii normale viteza sunetului în aer este de 340.344 m/s.
unde sonore
Undele sonore, așa cum se știe din fizică, se propagă în medii elastice. De aceea sunetele sunt bine transmise de pământ. Punând urechea la pământ, poți auzi de departe zgomotul pașilor, zgomotul copitelor etc.
În copilărie, toată lumea trebuie să se fi distrat punând urechea la șine. Sunetul roților trenului este transmis de-a lungul șinelor pe câțiva kilometri. Pentru a crea efectul invers al absorbției sunetului, se folosesc materiale moi și poroase.
De exemplu, pentru a proteja o cameră de sunete străine sau, dimpotrivă, pentru a preveni scăparea sunetelor din cameră în exterior, camera este tratată și izolata fonic. Peretii, podeaua si tavanul sunt tapitate cu materiale speciale pe baza de polimeri spumati. Într-o astfel de tapițerie, toate sunetele se atenuează foarte repede.
Sunetul este înțeles ca unde elastice situate în limitele audibilității urechii umane, în intervalul de oscilații de la 16. Hz până la 20 kHz. Oscilații cu o frecvență sub 16 Hz numit infrasunete, peste 20 kHz-ecografie.
Apa, comparativ cu aerul, are densitate mai mare si mai putina compresibilitate. În acest sens, viteza sunetului în apă este de patru ori și jumătate mai mare decât în aer și este de 1440 m/sec. Frecvența vibrațiilor sunetului (nud) este legată de lungimea de undă (lambda) prin relația: c= lambda-nu. Sunetul se propagă în apă fără dispersie. Viteza sunetului în apă variază în funcție de doi parametri: densitate și temperatură. O modificare a temperaturii cu 1° implică o modificare corespunzătoare a vitezei sunetului cu 3,58 m pe secunda. Dacă urmărim viteza de propagare a sunetului de la suprafață spre fund, se dovedește că la început, din cauza scăderii temperaturii, acesta scade rapid, atingând un minim la o anumită adâncime, iar apoi, odată cu adâncimea, începe să crește rapid datorită creșterii presiunii apei, care, după cum se știe, crește cu aproximativ 1 ATM pentru fiecare 10 m adâncimi.
Pornind de la o adâncime de aproximativ 1200 m, unde temperatura apei rămâne practic constantă, modificarea vitezei sunetului se datorează modificării presiunii. „La o adâncime de aproximativ 1200 m (pentru Atlantic), există o valoare minimă pentru viteza sunetului; la adâncimi mai mari, din cauza creșterii presiunii, viteza sunetului crește din nou. Deoarece razele sonore sunt întotdeauna îndoite spre zonele mediului unde viteza lor este cea mai mică, ele sunt concentrate în stratul cu viteza minimă a sunetului” (Krasilnikov, 1954). Acest strat, deschis fizicienii sovietici L.D. Rozenberg și L.M. Brekhovskikh, este numit „canal de sunet subacvatic”. Sunetul care intră în canalul de sunet se poate propaga pe distanțe lungi fără atenuare. Această caracteristică trebuie reținută atunci când se ia în considerare semnalizarea acustică a peștilor de adâncime.
Absorbția sunetului în apă este de 1000 de ori mai mică decât în aer. Sursă de sunet în aer cu o putere de 100 kWîn apă se aude la o distanță de până la 15 km; sursa de sunet în apă 1 kW auzit la o distanta de 30-40 km. Sunetele de diferite frecvențe sunt absorbite diferit: sunetele de înaltă frecvență sunt absorbite cel mai puternic și sunetele de joasă frecvență sunt cele mai puțin absorbite. Absorbția scăzută a sunetului în apă a făcut posibilă utilizarea acestuia pentru sonar și semnalizare. Spațiile de apă sunt umplute cu un număr mare de sunete diferite. Sunetele corpurilor de apă din Oceanul Mondial, așa cum a arătat hidroacusticistul american Wenz (Wenz, 1962), apar în legătură cu următorii factori: maree, curenți, vânt, cutremure și tsunami, activitatea umană industrială și viața biologică. Natura zgomotului creat de diverși factori diferă atât în setul de frecvențe sonore, cât și în intensitatea acestora. Pe fig. Figura 2 arată dependența spectrului și a nivelului de presiune al sunetelor Oceanului Mondial de factorii care le provoacă.
În diferite părți ale Oceanului Mondial, compoziția zgomotului este determinată de diferite componente. În acest caz, fundul și țărmurile au o mare influență asupra compoziției sunetelor.
Astfel, compoziția și intensitatea zgomotului în diferite părți ale Oceanului Mondial sunt extrem de diverse. Există formule empirice care arată dependența intensității zgomotului mării de intensitatea factorilor care le provoacă. Cu toate acestea, în scopuri practice, zgomotul oceanic este de obicei măsurat empiric.
De remarcat că dintre sunetele Oceanului Mondial, sunetele industriale create de om sunt cele mai intense: zgomotul navelor, traulelor etc. Potrivit lui Shane (1964), ele sunt de 10-100 de ori mai intense decât alte sunete. al Oceanului Mondial. Cu toate acestea, după cum se poate observa din fig. 2, compoziția lor spectrală este oarecum diferită de compoziția spectrală a sunetelor cauzate de alți factori.
Când se propagă în apă, undele sonore pot fi reflectate, refractate, absorbite, difractate și interferate.
Întâlnind un obstacol pe drum, undele sonore pot fi reflectate de acesta în cazul în care lungimea lor de undă (lambda) mai mică decât dimensiunea obstacolului, sau ocoliți (difractați) în cazul în care lungimea lor de undă este mai mare decât obstacolul. În acest caz, se poate auzi ce se întâmplă în spatele obstacolului fără a vedea direct sursa. Căzând pe un obstacol, undele sonore într-un caz pot fi reflectate, în alt caz pot pătrunde în el (fie absorbite de acesta). Valoarea energiei undei reflectate depinde de cât de puternic diferă între ele așa-numitele impedanțe acustice ale mediilor „p1c1” și „p2c2”, pe interfața căreia cad undele sonore. Sub rezistența acustică a mediului se înțelege produsul dintre densitatea mediului dat p și viteza de propagare a sunetului. Cu in ea. Cu cât diferența de impedanță acustică a mediilor este mai mare, cu atât cea mai mare parte a energiei va fi reflectată din separarea celor două medii și invers. În cazul, de exemplu, a sunetului care cade din aer, rs care 41, în apă, rs care este 150.000, se reflectă după formula:
În legătură cu cele de mai sus, sunetul pătrunde mult mai bine într-un corp solid din apă decât din aer. De la aer la apă, sunetul pătrunde bine prin tufișuri sau stuf care ies deasupra suprafeței apei.
În legătură cu reflectarea sunetului de la obstacole și natura sa ondulată, adăugarea sau scăderea amplitudinilor presiunilor sonore de aceleași frecvențe care au ajuns la punct dat spaţiu. O consecință importantă a unei astfel de adăugări (interferențe) este formarea undelor staţionare la reflexie. Dacă, de exemplu, un diapazon este adus în oscilație, apropiindu-l și mai departe de perete, se poate auzi creșterea și scăderea volumului sunetului datorită apariției antinodurilor și nodurilor în câmpul sonor. De obicei, undele staționare se formează în recipiente închise: în acvarii, piscine etc., cu o sursă care sună pentru o perioadă relativ lungă de timp.
În condițiile reale ale mării sau altui rezervor natural, în timpul propagării sunetului, se observă numeroase fenomene complexe care apar în legătură cu eterogenitatea mediului acvatic. O influență imensă asupra propagării sunetului în rezervoarele naturale o exercită fundul și interfețele (apă - aer), eterogenitatea temperaturii și sării, presiunea hidrostatică, bulele de aer și organismele planctonice. Interfața apă-aer și fundul, precum și eterogenitatea apei, duc la fenomene de refracție (curbura razelor de sunet), sau de reverberație (reflexia multiplă a razelor de sunet).
Bulele de apă, planctonul și alte materii în suspensie contribuie la absorbția sunetului în apă. Cuantificarea acestor numeroși factori nu a fost încă dezvoltată. Este necesar să se țină cont de ele atunci când se realizează experimente acustice.
Să luăm acum în considerare fenomenele care apar în apă atunci când în ea este emis sunet.
Imaginați-vă o sursă de sunet ca o sferă pulsatorie într-un spațiu infinit. Energia acustică emisă de o astfel de sursă este atenuată invers cu pătratul distanței de la centrul acesteia.
Energia undelor sonore rezultate poate fi caracterizată prin trei parametri: viteza, presiunea și deplasarea particulelor de apă oscilante. Ultimii doi parametri prezintă un interes deosebit atunci când luăm în considerare abilitățile auditive ale peștilor, așa că ne vom opri mai detaliat asupra lor.
Potrivit lui Harris și Bergeldzhik (Harris a. Berglijk, 1962), efectele de propagare și deplasare a undelor de presiune sunt prezentate diferit în apropiere (la distanță mai mică de o lungime de undă a sunetului) și departe (la distanță de mai mult de o lungime de undă a sunetului). sunet) câmp acustic.
În câmpul acustic îndepărtat, presiunea se atenuează invers cu distanța de la sursa sonoră. În acest caz, în câmpul acustic îndepărtat, amplitudinile deplasării sunt direct proporționale cu amplitudinile presiunii și sunt interconectate prin formula:
Unde R - presiunea acustica in dine/cm2;
d- valoarea deplasării particulelor în cm.
În câmpul acustic apropiat, dependența dintre amplitudinile de presiune și de deplasare este diferită:
Unde R-presiunea acustică în dine/cm2;
d - deplasarea particulelor de apă în cm;
f - frecvența de oscilație în hz;
rs- rezistenta acustica a apei egala cu 150.000 g/cm2 sec 2;
lambda este lungimea de undă a sunetului în m; r - distanta fata de centrul sferei pulsatoare;
i= SQR i
Din formula se poate observa că amplitudinea deplasării în câmpul acustic apropiat depinde de lungimea de undă, sunetul și distanța de la sursa de sunet.
La distanțe mai mici decât lungimea de undă a sunetului în cauză, amplitudinea deplasării scade invers cu pătratul distanței:
Unde A este raza sferei pulsatoare;
D- cresterea razei sferei datorita pulsatiei; r este distanța de la centrul sferei.
Peștii, așa cum se va arăta mai jos, au două tipuri diferite receptori. Unii dintre ei percep presiunea, în timp ce alții percep deplasarea particulelor de apă. Prin urmare, ecuațiile de mai sus sunt mare importanță pentru evaluarea corectă a răspunsurilor peștilor la sursele de sunet subacvatice.
În legătură cu emisia de sunet, remarcăm încă două fenomene asociate emițătorilor: fenomenul de rezonanță și directivitate a emițătorilor.
Emisia de sunet de către corp are loc în legătură cu vibrațiile acestuia. Fiecare corp are propria sa frecvență de oscilație, determinată de dimensiunea corpului și de proprietățile sale elastice. Dacă un astfel de corp este adus în oscilație, a cărui frecvență coincide cu propria frecvență, are loc fenomenul de creștere semnificativă a amplitudinii oscilației - rezonanță. Utilizarea conceptului de rezonanță face posibilă caracterizarea anumitor proprietăți acustice ale emițătorilor și receptorilor de pește. Radiația sonoră în apă poate fi direcțională sau nedirecțională. În primul caz, energia sonoră se propagă predominant într-o anumită direcție. Un grafic care exprimă distribuția spațială a energiei sonore a unei anumite surse de sunet se numește diagramă de directivitate. Directivitatea radiației se observă în cazul în care diametrul emițătorului este mult mai mare decât lungimea de undă a sunetului emis.
În cazul radiației omnidirecționale, energia sonoră diverge uniform în toate direcțiile. Acest fenomen are loc atunci când lungimea de undă a sunetului emis depășește diametrul emițătorului lambda>2A. Al doilea caz este cel mai tipic pentru radiatoarele subacvatice de joasă frecvență. De obicei, lungimile de undă ale sunetelor de joasă frecvență sunt mult mai mari decât dimensiunile emițătorilor subacvatici utilizați. Același fenomen este tipic pentru emițătorii de pești. În aceste cazuri, modelele de radiație ale emițătorilor sunt absente. În acest capitol, doar unele generale proprietăți fizice sunet in mediu acvaticîn raport cu bioacustica peștilor. Câteva întrebări mai specifice de acustică vor fi luate în considerare în secțiunile relevante ale cărții.
În concluzie, să luăm în considerare sistemele de măsurare a sunetului utilizate de diverși autori. Sunetul poate fi exprimat prin intensitatea, presiunea sau nivelul de presiune.
Intensitatea sunetului în unități absolute este măsurată fie printr-un număr erg / sec-cm 2, sau L/cm2.În același timp 1 erg/sec=10 -7 mar.
Presiunea sonoră se măsoară în baruri.
Există o relație între intensitatea și presiunea sunetului:
care poate fi folosit pentru a converti aceste valori de la una la alta.
Nu mai puțin des, mai ales când se ia în considerare auzul peștilor, datorită gamei uriașe de valori de prag, presiunea sonoră este exprimată în unități relative de decibeli logaritmice, db. Dacă presiunea sonoră a unui sunet R, iar celălalt R o, apoi consideră că primul sunet este mai puternic decât al doilea de kdb si calculeaza-l dupa formula:
În acest caz, majoritatea cercetătorilor iau valoarea de prag a auzului uman egală cu 0,0002 ca citire zero a presiunii sonore P o bar pentru frecventa 1000 Hz.
Avantajul unui astfel de sistem este posibilitatea unei comparații directe a auzului oamenilor și peștilor, dezavantajul este dificultatea de a compara rezultatele obținute prin sunetul și auzul peștilor.
Valorile reale ale presiunii sonore create de pești sunt cu patru până la șase ordine de mărime mai mari decât nivelul zero acceptat (0,0002). bar), iar nivelurile de prag de auz ale diverșilor pești se află atât deasupra, cât și sub valoarea zero condiționată.
Prin urmare, pentru comoditatea comparării sunetelor și auzului peștilor, autorii americani (Tavolga și Wodinsky, 1963 etc.) folosesc un cadru de referință diferit.
In spate nivel zero referința luată este presiunea sonoră de 1 bar, care este 74 db mai mare decât cea acceptată anterior.
Mai jos este un raport aproximativ al ambelor sisteme.
Valori reale conform Sistemul american referințele din text sunt marcate cu un asterisc.
Hidroacustica (din greaca. hidro- apa, acusticococ- auditiv) - știința fenomenelor care apar în mediul acvatic și asociate cu propagarea, emisia și recepția undelor acustice. Include dezvoltarea și crearea de dispozitive hidroacustice destinate utilizării în mediul acvatic.
Istoria dezvoltării
Fundamentele hidroacusticii
Caracteristici ale propagării undelor acustice în apă
Componentele unui eveniment de apariție a ecoului.
Începutul cercetărilor cuprinzătoare și fundamentale privind propagarea undelor acustice în apă a fost pus în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, care a fost dictat de nevoia de a rezolva probleme practice. marinele si mai ales submarine. Lucrările experimentale și teoretice au fost continuate în anii postbelici și rezumate într-o serie de monografii. În urma acestor lucrări au fost identificate și perfecționate câteva caracteristici ale propagării undelor acustice în apă: absorbția, atenuarea, reflexia și refracția.
Absorbția energiei undelor acustice în apa de mare este cauzată de două procese: frecarea internă a mediului și disocierea sărurilor dizolvate în acesta. Primul proces transformă energia unei unde acustice în energie termică, iar cel de-al doilea proces, fiind transformat în energie chimică, scoate moleculele din echilibru, iar acestea se descompun în ioni. Acest tip de absorbție crește brusc odată cu creșterea frecvenței vibrației acustice. Prezența particulelor în suspensie, a microorganismelor și a anomaliilor de temperatură în apă duce, de asemenea, la atenuarea undei acustice în apă. De regulă, aceste pierderi sunt mici și sunt incluse în absorbția totală, totuși, uneori, cum ar fi, de exemplu, în cazul împrăștierii din urza unei nave, aceste pierderi pot fi de până la 90%. Prezența anomaliilor de temperatură duce la faptul că unda acustică pătrunde în zonele umbrei acustice, unde poate suferi reflexii multiple.
Prezența interfețelor apă-aer și apă-fund duce la reflectarea unei unde acustice din ele, iar dacă în primul caz unda acustică este complet reflectată, atunci în al doilea caz coeficientul de reflexie depinde de materialul de fund: acesta reflectă slab fundul noroios, bine nisipos și stâncos. La adâncimi mici, din cauza reflexiei repetate a unei unde acustice între fund și suprafață, apare un canal de sunet subacvatic, în care unda acustică se poate propaga pe distanțe mari. Modificarea valorii vitezei sunetului la diferite adâncimi duce la curbura „razelor” sonore - refracție.
Refracția sunetului (curbura traseului fasciculului de sunet)
|
Refracția sunetului în apă: a - vara; b - iarna; în stânga - schimbarea vitezei cu adâncimea. Viteza de propagare a sunetului variază în funcție de adâncime, iar modificările depind de perioada anului și de zi, de adâncimea rezervorului și de o serie de alte motive. Razele sonore care ies dintr-o sursă la un anumit unghi față de orizont sunt îndoite, iar direcția îndoirii depinde de distribuția vitezelor sunetului în mediu: vara, când straturile superioare sunt mai calde decât cele inferioare, razele se îndoaie în jos și sunt în mare parte reflectate de jos, pierzând în același timp o parte semnificativă a energiei lor; iarna, când straturile inferioare ale apei își mențin temperatura, în timp ce straturile superioare se răcesc, razele se îndoaie în sus și se reflectă în mod repetat de la suprafața apei, cu mult mai puțină energie pierdută. Prin urmare, iarna, distanța de propagare a sunetului este mai mare decât vara. Distribuția verticală a vitezei sunetului (VSDS) și gradientul de viteză au o influență decisivă asupra propagării sunetului în mediul marin. Distribuția vitezei sunetului în diferite regiuni ale Oceanului Mondial este diferită și variază în timp. Există mai multe cazuri tipice de VRSZ: |
Difuzarea și absorbția sunetului prin neomogenități ale mediului.
Propagarea sunetului în sunet subacvatic. canal: a - modificarea vitezei sunetului cu adâncimea; b - calea razelor în canalul de sunet. Propagarea sunetelor de înaltă frecvență, atunci când lungimile de undă sunt foarte mici, este influențată de mici neomogenități, întâlnite de obicei în rezervoarele naturale: bule de gaz, microorganisme etc. Aceste neomogenități acționează în două moduri: absorb și împrăștie energia undelor sonore. . Ca urmare, odată cu creșterea frecvenței vibrațiilor sonore, domeniul de propagare a acestora este redus. Acest efect este vizibil mai ales în stratul de suprafață al apei, unde există cele mai multe neomogenități. Răspândirea sunetului prin eterogenități, precum și nereguli la suprafața apei și a fundului, provoacă fenomenul de reverberație subacvatică, care însoțește transmiterea unui impuls sonor: undele sonore, reflectând dintr-o combinație de eterogenități și fuziune, dau o strângerea pulsului sonor, care continuă după terminarea acestuia. Limitele intervalului de propagare a sunetelor subacvatice sunt limitate și de zgomotele proprii ale mării, care au o dublă origine: unele dintre zgomote provin din impactul valurilor la suprafața apei, din surful mării, din zgomot de rostogolire de pietricele etc.; cealalta parte este asociata cu fauna marina (sunete produse de hidrobionti: pesti si alte animale marine). Biohidroacustica se ocupa de acest aspect foarte serios. |
Distanța de propagare a undelor sonore
Gama de propagare a undelor sonore este functie complexa frecvența radiației, care este legată în mod unic de lungimea de undă a semnalului acustic. După cum se știe, semnalele acustice de înaltă frecvență sunt rapid atenuate datorită absorbției puternice de către mediul acvatic. Semnalele de joasă frecvență, dimpotrivă, sunt capabile să se propagă în mediul acvatic pe distanțe mari. Deci un semnal acustic cu o frecvență de 50 Hz este capabil să se propagă în ocean pe distanțe de mii de kilometri, în timp ce un semnal cu o frecvență de 100 kHz, tipic pentru sonarul cu scanare laterală, are un interval de propagare de doar 1-2. km. Domeniile aproximative ale sonarelor moderne cu frecvențe diferite ale semnalului acustic (lungime de undă) sunt date în tabel:
Domenii de utilizare.
Hidroacustica a primit larg uz practic pentru că încă nu a fost creat. sistem eficient transmitere undele electromagnetice sub apă la orice distanță considerabilă și, prin urmare, sunetul este singurul mijloace posibile comunicații sub apă. În aceste scopuri, se folosesc frecvențe sonore de la 300 la 10.000 Hz și ultrasunetele de la 10.000 Hz și mai sus. Emițătoarele și hidrofoanele electrodinamice și piezoelectrice sunt utilizate ca emițători și receptori în regiunea sunetului, iar cele piezoelectrice și magnetostrictive sunt folosite în regiunea ultrasonică.
Cele mai importante aplicații ale hidroacusticii sunt:
- Pentru a rezolva probleme militare;
- navigație maritimă;
- Comunicare subacvatică sonoră;
- recunoaștere pentru căutarea peștilor;
- Cercetări oceanologice;
- Domenii de activitate pentru dezvoltarea bogăției fundului oceanelor;
- Utilizarea acusticii în piscină (acasă sau într-un centru de antrenament de înot sincronizat)
- Antrenamentul animalelor marine.
Note
Literatură și surse de informare
LITERATURĂ:
- V.V. Shuleikin Fizica mării. - Moscova: „Nauka”, 1968. - 1090 p.
- IN ABSENTA. Română Fundamentele hidroacusticii. - Moscova: „Construcții navale”, 1979. - 105 p.
- Yu.A. Koryakin Sisteme hidroacustice. - Sankt Petersburg: „Știința Sankt Petersburgului și puterea navală a Rusiei”, 2002. - 416 p.
Propagarea sunetului în apă
Pescuitul cu lănci
Propagarea sunetului în apă .
Sunetul circulă de cinci ori mai repede în apă decât în aer. viteza medie este egal cu 1400 - 1500 m/s (viteza de propagare a sunetului în aer este de 340 m/s). S-ar părea că și audibilitatea în apă se îmbunătățește. De fapt, acest lucru este departe de a fi cazul. La urma urmei, puterea sunetului nu depinde de viteza de propagare, ci de amplitudinea vibrațiilor sonore și de capacitatea de percepere a organelor auditive. În cohleea urechii interne se află organul Corti, care constă din celule auditive. Undele sonore vibrează timpanul, osiculele auditive și membrana organului lui Corti. Din celulele capilare ale acestuia din urmă, percepând vibrațiile sonore, excitare nervoasă merge la centrul de audieri situat în lobul temporal creier.
O undă sonoră poate pătrunde în urechea internă a unei persoane în două moduri: prin conducerea aerului prin canalul auditiv extern, timpanul și osiculele auditive ale urechii medii și prin conducerea osoasă - vibrația oaselor craniului. La suprafață predomină conducerea aerului, iar sub apă, conducerea osoasă. Acest lucru este confirmat de o experiență simplă. Acoperiți ambele urechi cu palmele mâinilor. La suprafață, audibilitatea se va deteriora brusc, dar acest lucru nu se observă sub apă.
Deci, sunetele subacvatice sunt percepute în principal prin conducere osoasă. Teoretic, acest lucru se explică prin faptul că rezistența acustică a apei se apropie de rezistența acustică a țesuturilor umane. Prin urmare, pierderea de energie în timpul tranziției undelor sonore de la apă la oasele capului uman este mai mică decât în aer. Conducția aerului sub apă aproape dispare, deoarece canalul auditiv extern este umplut cu apă, iar un mic strat de aer lângă timpan transmite slab vibrațiile sonore.
Experimentele au stabilit că conducerea osoasă este cu 40% mai mică decât cea a aerului. Prin urmare, audibilitatea sub apă se deteriorează în general. Gama de audibilitate cu conducerea osoasă a sunetului depinde nu atât de putere, cât de ton: cu cât tonul este mai ridicat, cu atât sunetul este auzit mai departe.
Lumea subacvatică pentru o persoană este o lume a tăcerii, unde nu există zgomote străine. Prin urmare, cele mai simple semnale sonore pot fi percepute sub apă la distanțe considerabile. O persoană aude o lovitură pe un recipient metalic scufundat în apă la o distanță de 150-200 m, un zgomot de zdrăgănare la 100 m, un clopoțel la 60 m.
Sunetele făcute sub apă sunt de obicei inaudibile la suprafață, la fel cum sunetele din exterior nu se aud sub apă. Pentru a percepe sunetele subacvatice, trebuie să vă scufundați cel puțin parțial. Dacă intri în apă până la genunchi, începi să percepi un sunet care nu a fost auzit până acum. Pe măsură ce scufundați, volumul crește. Este deosebit de bine audibil la scufundarea capului.
Pentru a da semnale sonore de la suprafață, este necesar să coborâți sursa de sunet în apă cel puțin la jumătate, iar puterea sunetului se va schimba. Orientarea sub apă după ureche este extrem de dificilă. În aer, sunetul ajunge într-o ureche cu 0,00003 secunde mai devreme decât în cealaltă. Acest lucru vă permite să determinați locația sursei de sunet cu o eroare de numai 1-3 °. Sub apă, sunetul este perceput simultan de ambele urechi și, prin urmare, nu există o percepție clară, direcțională. Eroarea de orientare este de 180°.
Într-un experiment special stabilit, doar scafandrii ușoare individuali după lungi rătăciri și. căutările au mers la locația sursei de sunet, care se afla la 100-150 m de ei. Sa remarcat că antrenamentul sistematic pentru o lungă perioadă de timp face posibilă dezvoltarea capacității de a naviga destul de precis prin sunet sub apă. Cu toate acestea, de îndată ce antrenamentul se oprește, rezultatele sale sunt anulate.
3281 freca
305 freca
Setul de lenjerie intima termica (jumper si jambiere) este realizat din materiale de inalta calitate. Pulover cu maneci lungi. Jambiere cu manșete, o bandă elastică decorativă de 2,5 cm lățime în talie Compoziție: polivâscoză - 50%, poliester - 50%.
1950 freca
Lenjerie termică Norfin Thermo Line.
Lenjerie termică separată subțire „respirabilă” de jos pentru activitate ridicată. Purtat pe corpul gol. Poate fi folosit pentru purtarea de zi cu zi pe vreme rece.
Particularitati:
Bandă elastică în talie.
Manșete elastice pe mâneci și pantaloni.
1216 freca
