Millises keskkonnas levib helilaine kiiremini? Heli levik

Heli peegeldus Selles osas eeldame, et helilaine lainepikkus on piisavalt väike ja seetõttu liigub heli mööda kiiri. Mis juhtub, kui selline helivihk langeb õhust tahkele pinnale? On selge, et antud juhul on peegeldus

ATmosfääri OOTAMATUTE OMADUSTE AVASTAMINE - KUMMALISED KATSED - ELEKTRIENERGIA EDASTAMINE LÄBI ÜHTE JUHTI ILMA TAGASTAMATA - EDASK MAA LÄBI ILMA JUHTMETE TEADE.

ELEKTRIENERGIA ÜLEKANDMINE ILMA Traadita* 1898. aasta lõpu poole viisid aastaid kestnud süstemaatilised uuringud elektrienergia loodusliku keskkonna kaudu edastamise meetodi täiustamiseks kolme olulise vajaduse mõistmiseni; Esiteks -

Heli edastamine raadiotoru generaatori kaudu, mille skeem on näidatud joonisel fig. 24, tekitab muutumatute parameetritega raadioemissioone. Teeme sellele väikese täienduse: ühendage see ahelaga, mis varustab pingega elektrontoru võrku induktsiooni kaudu

48 Energia ülekanne läbi mateeria Katse jaoks vajame: kümmekond rubla münti. Oleme juba kohanud erinevaid laineid. Siin on veel üks vana eksperiment, mis näeb üsna naljakas välja ja näitab, kuidas laine läbib objekti.Võtke väike vahetusraha - näiteks mündid

30. Sõnumite edastamine minevikku Reeglite kogum vaataja jaoks Juba enne, kui Christopher Nolan Interstellari lavastas ja stsenaariumi ümber töötas, rääkis tema vend Jonah mulle reeglitest, et hoida ulmefilmi õigel tasemel.

30. peatükk. Sõnumite edastamine minevikku Selle kohta, kuidas tänapäeva füüsikud ette kujutavad neljas aegruumi dimensioonis ajas tagasi rändamist, vt raamatu “Mustad augud ja ajavoldid” [Thorne 2009] viimast peatükki.

30. peatükk. Sõnumite edastamine minevikku Nii massiliselt kui ka meie braanis on positsioonid aegruumis, milles saab sõnumeid edastada ja kõike liigutada, piirab seadus, mis ütleb: miski ei saa liikuda kiiremini kui valgus . Õppima

Hüdroakustika (kreeka keelest hydor- vesi, akustiline- kuuldav) - teadus veekeskkonnas toimuvate nähtuste kohta, mis on seotud akustiliste lainete levimise, emissiooni ja vastuvõtmisega. See hõlmab veekeskkonnas kasutamiseks mõeldud hüdroakustiliste seadmete arendamise ja loomise küsimusi.

Arengu ajalugu

Esimesed kauguse mõõtmised läbi heli tegi vene teadlane akadeemik Ya. D. Zahharov. 30. juunil 1804 lendas ta teaduslikel eesmärkidel õhupalliga ja kasutas sellel lennul lennukõrguse määramiseks heli peegeldust maapinnalt. Pallikorvis olles karjus ta kõvasti allapoole suunatud kõlarisse. 10 sekundi pärast tuli selgelt kuuldav kaja. Sellest järeldas Zahharov, et kuuli kõrgus maapinnast oli ligikaudu 5 x 334 = 1670 m. See meetod oli raadio ja sonari aluseks.

Koos teoreetiliste küsimuste arendamisega viidi Venemaal läbi praktilisi uuringuid heli leviku nähtuste kohta meres. Admiral S. O. Makarov aastatel 1881-1882 tegi ettepaneku kasutada vee all olevate hoovuste kiiruse kohta teabe edastamiseks seadet, mida nimetatakse fluktomeetriks. Sellega sai alguse uue teaduse ja tehnoloogia haru – hüdroakustiline telemeetria.

Balti Tehase 1907. aasta mudeli hüdrofoonijaama skeem: 1 - veepump; 2 - torujuhe; 3 - rõhuregulaator; 4 - elektromagnetiline hüdrauliline ventiil (telegraafi ventiil); 5 - telegraafi võti; 6 - hüdrauliline membraani emitter; 7 - laeva külg; 8 - veepaak; 9 - suletud mikrofon

1890. aastatel. Balti laevatehases alustati kapten 2. järgu M.N. Beklemiševi eestvõttel tööd hüdroakustiliste sideseadmete väljatöötamisega. Esimesed veealuse side hüdroakustilise emitteri katsetused viidi läbi 19. sajandi lõpus. Peterburis Galernaja sadamas asuvas katsebasseinis. Selle tekitatud vibratsiooni oli selgelt kuulda 7 miili kaugusel Nevski ujuval tuletornil. Uurimistöö tulemusena 1905. a. lõi esimese hüdroakustilise sideseadme, milles saateseadme rolli täitis spetsiaalne veealune sireen, mida juhiti telegraafiklahviga ning signaali vastuvõtjaks oli seestpoolt laevakere külge kinnitatud süsinikmikrofon. Signaalid salvestati Morse aparaadi ja kõrvaga. Hiljem asendati sireen membraani tüüpi emitteriga. Seadme efektiivsus, mida nimetatakse hüdrofooniliseks jaamaks, tõusis oluliselt. Uue jaama merekatsetused toimusid 1908. aasta märtsis. Mustal merel, kus usaldusväärse signaali vastuvõtu ulatus ületas 10 km.

Esimesed Balti Laevatehase projekteeritud seeriaviisilised heli-veealused sidejaamad 1909-1910. paigaldatud allveelaevadele "Karpkala", "Gudgeon", "Sterlet", « Makrell"Ja" Ahven". Allveelaevadele jaamade paigaldamisel asus vastuvõtja häirete vähendamiseks spetsiaalses kattes, mis oli pukseeritud ahtri taha kaabelköiega. Britid jõudsid sellisele otsusele alles Esimese maailmasõja ajal. Siis see idee ununes ja alles 1950. aastate lõpus hakati seda erinevates riikides uuesti kasutama mürakindlate sonarilaevajaamade loomisel.

Hüdroakustika arengu tõukejõuks oli Esimene maailmasõda. Sõja ajal kandsid Antanti riigid Saksa allveelaevade tegevuse tõttu suuri kaotusi oma kauba- ja sõjaväelaevastikes. Nende vastu võitlemiseks oli vaja leida vahendeid. Need leiti peagi. Sukeldatud asendis allveelaev on kuulda propellerite ja töömehhanismide tekitatava müra järgi. Seadet, mis tuvastab mürarikkaid objekte ja määrab nende asukoha, nimetati müra suunaotsijaks. Prantsuse füüsik P. Langevin tegi 1915. aastal ettepaneku kasutada esimese müra suuna tuvastamise jaama jaoks tundlikku Rochelle'i soolast valmistatud vastuvõtjat.

Hüdroakustika alused

Akustiliste lainete levimise tunnused vees

Kajasündmuse komponendid.

Põhjalikud ja põhjalikud uuringud akustiliste lainete leviku kohta vees said alguse Teise maailmasõja ajal, mille tingis vajadus lahendada mereväe ja eelkõige allveelaevade praktilisi probleeme. Eksperimentaalset ja teoreetilist tööd jätkati ka sõjajärgsetel aastatel ning see võeti kokku mitmetes monograafiates. Nende tööde tulemusena tehti kindlaks ja selgitati välja mõned akustiliste lainete vees levimise tunnused: neeldumine, sumbumine, peegeldumine ja murdumine.

Akustilise laineenergia neeldumist merevees põhjustavad kaks protsessi: keskkonna sisehõõrdumine ja selles lahustunud soolade dissotsiatsioon. Esimene protsess muudab akustilise laine energia soojuseks ja teine, muundudes keemiliseks energiaks, eemaldab molekulid tasakaaluolekust ja need lagunevad ioonideks. Seda tüüpi neeldumine suureneb järsult koos akustilise vibratsiooni sageduse suurenemisega. Vees hõljuvate osakeste, mikroorganismide ja temperatuurianomaaliate esinemine põhjustab ka akustilise laine nõrgenemist vees. Reeglina on need kaod väikesed ja sisalduvad kogu neeldumises, kuid mõnikord, nagu näiteks laeva kiiluveest hajumise korral, võivad need kaod ulatuda kuni 90% -ni. Temperatuuri anomaaliate olemasolu toob kaasa asjaolu, et akustiline laine langeb akustilistesse varjutsoonidesse, kus see võib läbida mitu peegeldust.

Vee - õhu ja vee - põhja vaheliste liideste olemasolu viib akustilise laine peegeldumiseni neist ja kui esimesel juhul peegeldub akustiline laine täielikult, siis teisel juhul sõltub peegelduskoefitsient põhja materjalist: mudane põhi peegeldab halvasti, liivane ja kivine hästi. Madalatel sügavustel tekib akustilise laine mitmekordse peegelduse tõttu põhja ja pinna vahel veealune helikanal, milles akustiline laine võib levida pikkade vahemaade taha. Heli kiiruse muutmine erinevatel sügavustel viib heli "kiirte" paindumiseni - murdumiseni.

Heli murdumine (helikiire tee kõverus)

Heli hajumine ja neeldumine keskkonna ebahomogeensuse tõttu.

Helilainete leviku ulatus

Helilainete levimisulatus on kiirgussageduse kompleksfunktsioon, mis on üheselt seotud akustilise signaali lainepikkusega. Nagu teada, nõrgenevad kõrgsageduslikud akustilised signaalid kiiresti veekeskkonna tugeva neeldumise tõttu. Madala sagedusega signaalid, vastupidi, on võimelised levima veekeskkonnas pikkade vahemaade taha. Seega võib 50 Hz sagedusega akustiline signaal levida ookeanis tuhandete kilomeetrite kaugusele, samas kui külgskaneerimise sonarile omase sagedusega 100 kHz signaali levimisulatus on vaid 1-2 km. . Erinevate akustiliste signaalide sagedustega (lainepikkustega) kaasaegsete kajaloodide ligikaudsed töövahemikud on toodud tabelis:

Kasutusvaldkonnad.

Hüdroakustika on leidnud laialdast praktilist rakendust, kuna tõhusat süsteemi elektromagnetlainete edastamiseks vee all olulisel kaugusel pole veel loodud ja seetõttu on heli ainus võimalik vee all suhtlemise viis. Nendel eesmärkidel kasutatakse helisagedusi 300 kuni 10 000 Hz ja ultraheli alates 10 000 Hz. Elektrodünaamilisi ja piesoelektrilisi emittereid ja hüdrofone kasutatakse emitterite ja vastuvõtjatena helipiirkonnas ning piesoelektrilisi ja magnetostriktiivseid helivaldkonnas.

Hüdroakustika kõige olulisemad rakendused:

• sõjaliste probleemide lahendamiseks;
• merenavigatsioon;
• Helikommunikatsioon;
• kalapüügi uurimine;
• Okeanoloogilised uuringud;
• Tegevusvaldkonnad ookeanipõhja ressursside arendamiseks;
• Akustika kasutamine basseinis (kodus või sünkroonujumise treeningkeskuses)
• Mereloomade koolitus.

Märkmed

Kirjandus ja teabeallikad

KIRJANDUS:

• V.V. Šuleikin Mere füüsika. - Moskva: "Teadus", 1968. - 1090 lk.
• I.A. rumeenlane Hüdroakustika alused. - Moskva: "Laevaehitus", 1979 - 105 lk.
• Yu.A. Koryakin Hüdroakustilised süsteemid. - Peterburi: “Peterburi teadus ja Venemaa merejõud”, 2002. - 416 lk.

Heli neeldub vees sadu kordi vähem kui õhus. Siiski on kuuldavus veekeskkonnas palju halvem kui atmosfääris. Seda seletatakse inimese helitaju iseärasustega. Õhus tajutakse heli kahel viisil: õhuvibratsiooni ülekandumine kõrvade kuulmekile (õhujuhtivus) ja nn luujuhtivus, kui helivibratsiooni tajuvad ja edastavad kuuldeaparaati kuulde luud. kolju.

Olenevalt sukeldumisvarustuse tüübist tajub sukelduja vees heli, milles on ülekaalus kas õhu- või luujuhtivus. Õhuga täidetud mahulise kiivri olemasolu võimaldab tajuda heli läbi õhujuhtivuse. Märkimisväärne helienergia kadu on aga vältimatu heli peegeldumisel kiivri pinnalt.

Ilma varustuseta või liibuva kiivriga varustuses laskumisel domineerib luu juhtivus.

Vee all heli tajumise tunnuseks on ka heliallika suuna määramise võime kaotus. See on tingitud asjaolust, et inimese kuulmisorganid on kohanenud heli kiirusega õhus ja määravad heliallika suuna helisignaali saabumise aja ja helisignaali tajutava suhtelise helirõhutaseme erinevuse tõttu. iga kõrv. Tänu kõrvaklapi ehitusele suudab õhus olev inimene isegi ühe kõrvaga kindlaks teha, kus asub heliallikas – ees või taga. Vees juhtub kõik teisiti. Heli levimise kiirus vees on 4,5 korda suurem kui õhus. Seetõttu muutub iga kõrva helisignaali vastuvõtu aja erinevus nii väikeseks, et heliallika suuna määramine muutub peaaegu võimatuks.

Kui kasutate varustuse osana kõva kiivrit, on heliallika suuna määramise võimalus täielikult välistatud.

Gaaside bioloogiline mõju inimorganismile

Küsimus gaaside bioloogilisest mõjust ei tekkinud juhuslikult ja on tingitud sellest, et gaasivahetuse protsessid inimese hingamisel tavatingimustes ja nn hüperbaarilistes tingimustes (s.o kõrge rõhu all) on oluliselt erinevad.

On teada, et tavaline atmosfääriõhk, mida me hingame, ei sobi kõrglendudel lenduritele hingamiseks. Samuti leiab see piiratud kasutust sukeldujate hingamisel. Üle 60 m sügavusele laskumisel asendatakse see spetsiaalsete gaasisegudega.

Vaatleme nende gaaside põhiomadusi, mida nii puhtal kujul kui ka seguna teistega kasutatakse sukeldujate hingamisel.

Õhu koostis on erinevate gaaside segu. Õhu põhikomponendid on: hapnik - 20,9%, lämmastik - 78,1%, süsinikdioksiid - 0,03%. Lisaks sisaldab õhk väikeses koguses argooni, vesinikku, heeliumi, neooni ja veeauru.

Atmosfääri moodustavad gaasid võib vastavalt nende mõjule inimkehale jagada kolme rühma: hapnik - kulub pidevalt "kõikide eluprotsesside alalhoidmiseks; lämmastik, heelium, argoon jne - ei osale gaasis vahetus; süsinikdioksiid - suurenenud kontsentratsioonides kehale kahjulikuks.

Hapnik(O2) on värvitu, maitsetu ja lõhnatu gaas tihedusega 1,43 kg/m3. See on inimese jaoks ülimalt oluline kõigis kehas toimuvates oksüdatiivsetes protsessides osalejana. Hingamisprotsessi käigus ühineb kopsudes leiduv hapnik veres leiduva hemoglobiiniga ja jaotub kogu kehas, kus rakud ja kuded seda pidevalt tarbivad. Kudede varustatuse katkemine või isegi selle vähenemine põhjustab hapnikunälga, millega kaasneb teadvusekaotus ja raskematel juhtudel elutegevuse katkemine. See seisund võib tekkida siis, kui hapnikusisaldus sissehingatavas õhus langeb normaalrõhul alla 18,5%. Teisest küljest, kui hapnikusisaldus sissehingatavas segus suureneb või kui hingamine ületab lubatud piiri rõhu all, ilmneb hapnikul mürgised omadused - tekib hapnikumürgitus.

Lämmastik(N) - värvitu, lõhnatu ja maitsetu gaas tihedusega 1,25 kg/m3, moodustab põhiosa atmosfääriõhust nii mahu kui ka massi järgi. Normaalsetes tingimustes on see füsioloogiliselt neutraalne ega osale ainevahetuses. Kui aga rõhk suureneb sukelduja sukeldumise sügavuse suurenedes, lakkab lämmastik olemast neutraalne ja 60 meetri või enama sügavusel on sellel selgelt väljendunud narkootilised omadused.

Süsinikdioksiid(CO2) on happelise maitsega värvitu gaas. See on õhust 1,5 korda raskem (tihedus 1,98 kg/m3) ja võib seetõttu koguneda suletud ja halvasti ventileeritavate ruumide alumistesse osadesse.

Süsinikdioksiid tekib kudedes oksüdatiivsete protsesside lõpp-produktina. Teatud kogus seda gaasi on kehas alati olemas ja osaleb hingamise reguleerimises ning ülejääk kantakse verega kopsudesse ja eemaldatakse väljahingatavas õhus. Inimese poolt eralduva süsihappegaasi hulk sõltub peamiselt kehalise aktiivsuse astmest ja organismi funktsionaalsest seisundist. Sagedase sügava hingamise (hüperventilatsioon) korral süsihappegaasi sisaldus organismis väheneb, mis võib viia hingamisseiskumiseni (apnoe) ja isegi teadvusekaotuseni. Teisest küljest põhjustab selle sisalduse suurenemine hingamisteede segus üle lubatud taseme mürgistuse.

Teistest gaasidest, mis moodustavad õhku, kasutavad sukeldujad kõige rohkem seda heelium(Mitte). See on inertgaas, lõhnatu ja maitsetu. Madala tihedusega (umbes 0,18 kg/m3) ja oluliselt väiksema võimega tekitada kõrgel rõhul narkootilist toimet, kasutatakse seda laialdaselt lämmastikuasendajana kunstlike hingamisteede segude valmistamisel suurtesse sügavustesse laskumisel.

Heeliumi kasutamine hingamisteede segudes põhjustab aga muid soovimatuid nähtusi. Selle kõrge soojusjuhtivus ja seetõttu suurenenud soojusülekanne kehast nõuab suuremat soojuskaitset või sukeldujate aktiivset kuumutamist.

Õhurõhk. On teada, et meid ümbritsev atmosfäär on massiga ja avaldab survet Maa pinnale ja kõigile sellel asuvatele objektidele. Merepinnal mõõdetud atmosfäärirõhku tasakaalustatakse torudes ristlõikega G cm2 760 mm kõrguse elavhõbedasamba või 10,33 m kõrguse vee abil. Kui seda elavhõbedat või vett kaaluda, on nende mass 1,033 kg. See tähendab, et “normaalne atmosfäärirõhk on 1,033 kgf/cm2, mis SI-süsteemis võrdub 103,3 kPa-ga *.(* SI-süsteemis on rõhu ühikuks pascal (Pa). Kui teisendamine on vajalik, siis järgmised suhted kasutatakse: 1 kgf/cm1 = 105 Pa = 102 kPa = =* 0,1 MPa.).

Sukeldumisarvutuste praktikas on aga selliste täpsete mõõtühikute kasutamine ebamugav. Seetõttu võetakse rõhu mõõtühikuks rõhk, mis on arvuliselt võrdne 1 kgf/cm2, mida nimetatakse tehniliseks atmosfääriks (at). Üks tehniline atmosfäär vastab 10 m veesamba rõhule.

Kui õhurõhk suureneb, surutakse see kergesti kokku, vähendades selle mahtu võrdeliselt rõhuga. Suruõhu rõhku mõõdetakse manomeetritega, mis näitavad ülerõhk , st atmosfäärirõhust kõrgem rõhk. Ülerõhu mõõtühik on tähistatud ati. Liig- ja atmosfäärirõhu summat nimetatakse absoluutne rõhk(ata).

Tavalistes maistes tingimustes surub õhk inimesele ühtlaselt igast küljest peale. Arvestades, et inimkeha pind on keskmiselt 1,7-1,8 m2, on sellele mõjuv õhurõhujõud 17-18 tuhat kgf (17-18 tf). Inimene seda survet aga ei tunne, kuna 70% tema kehast koosneb praktiliselt kokkusurumatutest vedelikest ning siseõõnsustes – kopsudes, keskkõrvas jne – tasakaalustab seda seal paikneva ja suhtleva õhu vasturõhk. atmosfääriga.

Vette sukeldudes puutub inimene kokku tema kohal asuvast veesambast lähtuva liigsurvega, mis suureneb 1 ati iga 10 m järel.Rõhumuutused võivad põhjustada valu ja kompressiooni, mille vältimiseks tuleb sukeldujat varustada hingamisõhuga kl. rõhk, mis on võrdne absoluutse rõhukeskkonnaga.

Kuna sukeldujad peavad tegelema suruõhu või gaasisegudega, on asjakohane meelde tuletada põhiseadusi, mida nad järgivad, ja esitada mõned praktilisteks arvutusteks vajalikud valemid.

Õhk, nagu ka teised pärisgaasid ja gaasisegud, järgib teatud ligikaudselt füüsikaseadusi, mis kehtivad absoluutselt ideaalsete gaaside puhul.

SUKKELMISVARUSTUS

Sukeldumisvarustus on seadmete ja toodete komplekt, mida sukelduja kannab, et tagada elu ja töö veekeskkonnas teatud aja jooksul.

Sukeldumisvarustus on otstarbekohane, kui see suudab pakkuda:

inimese hingamine vee all töötamisel;

isolatsioon ja soojuskaitse külma veega kokkupuute eest;

piisav liikuvus ja stabiilne asend vee all;

ohutus sukeldumise, pinnale tõusmise ja töö ajal;

usaldusväärne ühendus pinnaga.

Sõltuvalt lahendatavatest ülesannetest jaotatakse sukeldumisvarustus:

kasutussügavuse järgi - madala (keskmise) sügavuse ja süvamere seadmete jaoks;

vastavalt hingava gaasisegu pakkumise meetodile - autonoomne ja voolik;

vastavalt termokaitse meetodile - passiivse soojuskaitsega seadmetele, elektri- ja vesiküttega;

vastavalt isolatsioonimeetodile - vee-gaasikindlate “kuiva” tüüpi ja läbilaskvate “märja” tüüpi kostüümidega seadmetele.

Kõige täielikuma arusaamise sukeldumisvarustuse töö funktsionaalsetest omadustest annab selle klassifikatsioon vastavalt hingamiseks vajaliku gaasisegu koostise säilitamise meetodile. Siin on varustus:

ventileeritud;

avatud hingamismustriga;

poolsuletud hingamismustriga;

suletud hingamismustriga.

Pikkade vahemaade tagant liigub helienergia kogu tee ulatuses ainult mööda õrnaid kiiri, mis ei puuduta ookeanipõhja. Sel juhul on keskkonna poolt heli leviku ulatusele seatud piirang selle neeldumine merevees. Peamine neeldumismehhanism on seotud lõõgastusprotsessidega, mis kaasnevad vees lahustunud ioonide ja soolade molekulide vahelise termodünaamilise tasakaalu akustilise laine häirimisega. Tuleb märkida, et põhiroll neeldumisel laias helisageduste vahemikus on magneesiumväävlisoolal MgSO4, kuigi protsentides on selle sisaldus merevees väga väike - peaaegu 10 korda väiksem kui näiteks NaCl kivisoolal. , mis siiski ei mängi heli neeldumises olulist rolli.

Üldiselt neeldumine merevees on seda suurem, mida kõrgem on helisagedus. Sagedustel 3-5 kuni vähemalt 100 kHz, kus ülaltoodud mehhanism domineerib, on neeldumine võrdeline sagedusega umbes 3/2 võimsusega. Madalamatel sagedustel aktiveerub uus neeldumismehhanism (võimalik, et boorisoolade olemasolu tõttu vees), mis muutub eriti märgatavaks sadade hertside vahemikus; siin on neeldumise tase anomaalselt kõrge ja langeb sageduse vähenemisega oluliselt aeglasemalt.

Merevees neeldumise kvantitatiivsete omaduste selgemaks ettekujutamiseks märgime, et selle efekti tõttu nõrgeneb heli sagedusega 100 Hz 10 tuhande km pikkuse teekonna jooksul 10 korda ja sagedusega 10 kHz. vaid 10 km kaugusel (joonis 2). Seega saab ainult madala sagedusega helilaineid kasutada veealuseks pikamaasideks, veealuste takistuste kaugtuvastamiseks jne.

Joonis 2 – Kaugused, mille juures eri sagedusega helid merevees levides sumbuvad 10 korda.

Sagedusvahemiku 20-2000 Hz kuuldavate helide piirkonnas ulatub keskmise intensiivsusega helide levimisvahemik vee all 15-20 km ja ultraheli piirkonnas - 3-5 km.

Laboritingimustes väikeste veekoguste juures täheldatud helisummutuse väärtuste põhjal võiks eeldada oluliselt suuremaid vahemikke. Looduslikes tingimustes mõjutab seda aga lisaks vee enda omadustest põhjustatud sumbumisele (nn viskoosne sumbumine) ka selle hajumine ja neeldumine keskkonna erinevatest ebahomogeensustest.

Heli murdumine ehk helikiire teekonna kõverus on tingitud vee omaduste heterogeensusest, peamiselt vertikaalselt, ja seda peamiselt kolmel põhjusel: hüdrostaatilise rõhu muutused sügavusega, soolsuse muutused ja ebavõrdsetest tingitud temperatuurimuutused. veemassi kuumutamine päikesekiirte toimel. Nende põhjuste koosmõju tulemusena muutub heli levimise kiirus, mis magevee puhul on umbes 1450 m/sek ja mereveel umbes 1500 m/sek, sügavusega ning muutumise seadus sõltub ajast. aasta, kellaaeg, veehoidla sügavus ja mitmed muud põhjused. Allikast horisondi suhtes teatud nurga all väljuvad helikiired painutatakse ja painde suund sõltub helikiiruste jaotusest keskkonnas. Suvel, kui ülemised kihid on soojemad kui alumised, painduvad kiired allapoole ja peegelduvad enamasti alt, kaotades olulise osa oma energiast. Vastupidi, talvel, kui alumised veekihid hoiavad oma temperatuuri, samas kui ülemised kihid jahtuvad, painduvad kiired ülespoole ja peegelduvad veepinnalt mitmekordselt, mille käigus läheb palju vähem energiat kaotsi. Seetõttu on talvel heli leviku ulatus suurem kui suvel. Murdumise tõttu nn surnud tsoonid, st allika lähedal asuvad alad, kus puudub kuuldavus.

Murdumise olemasolu võib aga kaasa tuua heli leviku ulatuse suurenemise – helide ülipika leviku nähtuse vee all. Mingil sügavusel veepinna all on kiht, milles heli levib väikseima kiirusega; Sellest sügavusest kõrgemal suureneb heli kiirus temperatuuri tõusu tõttu ja allpool seda sügavust hüdrostaatilise rõhu suurenemise tõttu sügavusega. See kiht on omamoodi veealune helikanal. Kiir, mis on murdumise tõttu kanali teljest üles või alla kaldunud, kipub alati sinna tagasi langema. Kui paigutate heli allika ja vastuvõtja sellesse kihti, saab sadade ja tuhandete km kaugusel salvestada isegi keskmise intensiivsusega helisid (näiteks väikeste laengute plahvatused 1-2 kg). Heli leviku ulatuse olulist suurenemist veealuse helikanali olemasolul võib täheldada siis, kui heliallikas ja vastuvõtja ei asu tingimata kanali telje, vaid näiteks pinna lähedal. Sel juhul tungivad allapoole murduvad kiired süvamere kihtidesse, kus nad kalduvad ülespoole ja väljuvad allikast mitmekümne kilomeetri kaugusel uuesti pinnale. Järgmiseks korratakse kiirte levimise mustrit ja selle tulemusena moodustub nn kiirte jada. sekundaarsed valgustatud tsoonid, mida tavaliselt jälgitakse mitmesaja km kaugusel.

Kõrgsageduslike helide, eriti ultraheli, levimist, kui lainepikkused on väga väikesed, mõjutavad väikesed ebahomogeensused, mida tavaliselt leidub looduslikes veekogudes: mikroorganismid, gaasimullid jne. Need ebahomogeensused toimivad kahel viisil: nad neelavad ja hajutavad helilainete energiat. Selle tulemusena väheneb helivõnke sageduse kasvades nende leviku ulatus. See efekt on eriti märgatav vee pinnakihis, kus esineb kõige rohkem ebahomogeensusi. Heli hajumine ebahomogeensuste, samuti ebaühtlaste veepindade ja põhja poolt põhjustab veealuse järelkõla nähtuse, mis kaasneb heliimpulsi saatmisega: ebahomogeensuste kogumilt peegelduvad ja ühinevad helilained tekitavad heliimpulsi pikenemine, mis jätkub ka pärast selle lõppu, sarnaselt kinnistes ruumides täheldatava järelkõlaga. Veealune järelkõla on üsna märkimisväärne häire mitmete hüdroakustika praktiliste rakenduste jaoks, eriti sonari puhul.

Veealuste helide leviku ulatust piirab ka nn. mere enda müra, millel on kahekordne päritolu. Osa mürast tuleneb lainete mõjust veepinnale, meresurfist, veeremise mürast jne. Teine osa on seotud merefaunaga; See hõlmab kalade ja teiste mereloomade tekitatud helisid.

Heli liigub läbi helilainete. Need lained ei liigu mitte ainult läbi gaaside ja vedelike, vaid ka läbi tahkete ainete. Mis tahes lainete tegevus seisneb peamiselt energia ülekandes. Heli puhul toimub ülekanne minutite liigutustena molekulaarsel tasemel.

Gaasides ja vedelikes liigutab helilaine molekule oma liikumise suunas, see tähendab lainepikkuse suunas. Tahketes kehades võivad molekulide helivõnked esineda ka lainega risti olevas suunas.

Helilained levivad oma allikatest kõikides suundades, nagu on näha parempoolsel pildil, millel on kujutatud metallkella perioodiliselt keelega kokkupõrget. Need mehaanilised kokkupõrked põhjustavad kella vibratsiooni. Vibratsioonide energia kandub edasi ümbritseva õhu molekulidele ja need lükatakse kellast eemale. Selle tulemusena tõuseb kellukesega külgnevas õhukihis rõhk, mis seejärel levib lainetena allikast kõigis suundades.

Heli kiirus ei sõltu helitugevusest ega toonist. Kõik ruumis olevad raadiost kostuvad helid, olgu need valjud või pehmed, kõrged või madalad, jõuavad kuulajani korraga.

Heli kiirus sõltub keskkonna tüübist, milles see liigub, ja selle temperatuurist. Gaasides liiguvad helilained aeglaselt, kuna nende haruldane molekulaarstruktuur pakub vähe vastupidavust kokkusurumisele. Vedelikes heli kiirus suureneb ja tahketes ainetes veelgi kiiremaks, nagu on näidatud alloleval diagrammil meetrites sekundis (m/s).

Lainetee

Helilained levivad läbi õhu sarnaselt parempoolsetel diagrammidel näidatud viisil. Lainefrondid liiguvad allikast üksteisest teatud kaugusel, mille määrab kella vibratsiooni sagedus. Helilaine sagedus määratakse ajaühikus antud punkti läbivate lainefrontide loendamisega.

Helilaine front eemaldub vibreerivast kellast.

Ühtlaselt kuumutatud õhus liigub heli ühtlase kiirusega.

Teine rinne järgneb esimesele lainepikkusega võrdsel kaugusel.

Heli intensiivsus on suurim allika lähedal.

Nähtamatu laine graafiline esitus

Sügavuse helid

Helilainete sonarikiir läbib kergesti ookeanivett. Sonari põhimõte põhineb sellel, et helilained peegelduvad ookeani põhjast; Seda seadet kasutatakse tavaliselt veealuste maastiku omaduste määramiseks.

Elastsed tahked ained

Heli liigub puitplaadis. Enamiku tahkete ainete molekulid on seotud elastseks ruumivõreks, mis on halvasti kokku surutud ja samal ajal kiirendab helilainete läbimist.