Missä väliaineessa ääniaalto etenee nopeammin? äänen leviäminen

Äänen heijastus Tässä osiossa oletetaan, että ääniaallon pituus on riittävän pieni ja siksi ääni etenee säteitä pitkin. Mitä tapahtuu, kun tällainen äänisäde putoaa ilmasta kiinteälle pinnalle? On selvää, että tässä tapauksessa on pohdintaa

Odottamattomien ilmapiirin OMINAISUUKSIEN LÖYDY - OMATTOJA KOKEILUJA - SÄHKÖENERGIAN SIIRTO YHDELLÄ JOHTOLLA ILMAN PALAUTTAMISTA - SIIRTO MAAN KAUTTA ILMAN JOHTOJA Toinen näistä syistä on se, että sähköenergian siirto tuli mieleen.

SÄHKÖTEHDON SIIRTO ILMAN JOHTOJA* Vuoden 1898 lopulla useiden vuosien ajan tehty systemaattinen tutkimus sähköenergian siirtomenetelmän parantamiseksi luonnollisen ympäristön läpi sai minut ymmärtämään kolme tärkeää tarvetta; Ensimmäinen -

Äänensiirto radioputkigeneraattorilla, jonka kaavio on esitetty kuvassa. 24 tuottaa radiolähetyksiä muuttumattomin parametrein. Tehdään siihen pieni lisäys: piiriin, joka syöttää jännitettä elektronilampun verkkoon, yhdistämme sen induktion kautta

48 Energian siirto aineen läpi Kokeeseen tarvitsemme: tusina kolikkoa ruplaa varten. Olemme jo tavanneet erilaisia ​​aaltoja. Tässä on toinen vanha kokeilu, joka näyttää aika hauskalta ja näyttää kuinka aalto kulkee esineen läpi. Otetaan pieni asia - kolikot, esim.

30. Viestien välittäminen menneisyyteen Sääntöjoukko katsojalle Ennen kuin Christopher Nolan ohjasi Interstellarin ja muokkasi käsikirjoituksen, hänen veljensä Jonah kertoi minulle säännöistä. Scifi-elokuvan pitämiseksi oikeilla jäljillä

Luku 30 Viestiä menneisyyteen Katso kuinka modernit fyysikot kuvittelevat matkustavansa ajassa taaksepäin neljässä aika-avaruusulottuvuudessa ilman massaa, katso viimeinen luku Black Holes and the Folds of Time [Thorn 2009], luvut

Luku 30 Viestien lähettäminen menneisyyteen Suurin osa, kuten braanissamme, paikat avaruudessa, joissa viestejä voidaan lähettää ja mitä tahansa voidaan siirtää, on rajoitettu lailla, ettei mikään voi kulkea valoa nopeammin. Tutkia

Hydroakustiikka (kreikasta. vesi-vesi, acusticococcus- kuulo) - tiede vesiympäristössä tapahtuvista ilmiöistä, jotka liittyvät akustisten aaltojen etenemiseen, säteilyyn ja vastaanottamiseen. Se sisältää vesiympäristössä käytettäviksi tarkoitettujen hydroakustisten laitteiden kehittämisen ja luomisen.

Kehityksen historia

Ensimmäiset etäisyysmittaukset äänen avulla teki venäläinen tutkija akateemikko Ya. D. Zakharov. 30. kesäkuuta 1804 hän lensi ilmapallolla tieteellisiin tarkoituksiin, ja tällä lennolla hän käytti maan pinnasta tulevan äänen heijastusta lentokorkeuden määrittämiseen. Pallonkorissa hän huusi äänekkäästi alaspäin suuntautuvaan torveen. 10 sekunnin kuluttua kuului selvästi kuuluva kaiku. Tästä Zaharov päätteli, että pallon korkeus maanpinnasta oli noin 5 x 334 = 1670 m. Tämä menetelmä muodosti radion ja kaikuluotaimen perustan.

Teoreettisten kysymysten kehittymisen ohella Venäjällä tehtiin käytännön tutkimuksia äänien leviämisen ilmiöistä meressä. Amiraali S. O. Makarov vuosina 1881-1882 ehdotti fluktometriksi kutsutun laitteen käyttöä tiedon välittämiseen veden alla kulkevan virran nopeudesta. Tämä merkitsi uuden tieteen ja teknologian - hydroakustisen telemetrian - kehityksen alkua.

Baltian tehtaan hydrofonisen aseman kaavio, malli 1907: 1 - vesipumppu; 2 - putki; 3 - paineensäädin; 4 - sähkömagneettinen hydraulinen suljin (lennätinventtiili); 5 - lennätinavain; 6 - hydraulinen kalvolähetin; 7 - laivan lauta; 8 - säiliö vedellä; 9 - suljettu mikrofoni

1890-luvulla Baltic Shipyardilla aloitettiin kapteeni 2. luokan M.N. Beklemishevin aloitteesta työ hydroakustisten viestintälaitteiden kehittämiseksi. Ensimmäiset vedenalaisen viestinnän hydroakustisen lähettimen testit suoritettiin 1800-luvun lopulla. koealtaassa Galernayan satamassa Pietarissa. Sen lähettämät värähtelyt kuuluivat hyvin 7 mailia Nevskin kelluvalla majakalla. Vuoden 1905 tutkimuksen tuloksena. loi ensimmäisen hydroakustisen viestintälaitteen, jossa erityinen lennätinnäppäimellä ohjattu vedenalainen sireeni toimi lähettimen roolissa ja laivan runkoon sisältä kiinnitetty hiilimikrofoni toimi signaalin vastaanottimena. Signaalit tallennettiin Morse-laitteella ja korvalla. Myöhemmin sireeni korvattiin kalvotyyppisellä lähettimellä. Hydrofoniseksi asemaksi kutsutun laitteen tehokkuus on parantunut merkittävästi. Uuden aseman merikokeet pidettiin maaliskuussa 1908. Mustallamerellä, jossa luotettavan signaalin vastaanottoalue ylitti 10 km.

Baltic Shipyardin vuosina 1909-1910 suunnittelemat ensimmäiset sarjaasemat vedenalaiseen äänentoistoon. asennettu sukellusveneisiin "Karppi", "Törö", "Sterlet", « Makrilli" ja " Ahven» . Kun asennettiin asemia sukellusveneisiin, vastaanotin sijoitettiin häiriön vähentämiseksi erityiseen suojukseen, joka oli hinattu taaksepäin kaapelikaapelilla. Britit tekivät samanlaisen päätöksen vasta ensimmäisen maailmansodan aikana. Sitten tämä ajatus unohdettiin, ja vasta 1950-luvun lopulla sitä käytettiin uudelleen eri maissa luotaessa melunkestäviä luotainlaiva-asemia.

Hydroakustiikan kehityksen sysäys oli ensimmäinen maailmansota. Sodan aikana Entente-maat kärsivät raskaita tappioita kauppa- ja laivastossa saksalaisten sukellusveneiden toiminnan vuoksi. Oli tarpeen löytää keinoja torjua niitä. Heidät löydettiin pian. Vedenalainen sukellusvene voidaan kuulla potkureiden ja toimintamekanismien tuottamasta melusta. Laitetta, joka havaitsee meluiset kohteet ja määrittää niiden sijainnin, kutsuttiin melusuuntamittariksi. Ranskalainen fyysikko P. Langevin ehdotti vuonna 1915 Rochellen suolasta tehdyn herkän vastaanottimen käyttöä ensimmäiseksi melun suunnan havainnointiasemaksi.

Hydroakustiikan perusteet

Akustisten aaltojen etenemisen ominaisuudet vedessä

Kaiun esiintymistapahtuman osat.

Kokonaisvaltaisen ja perusteellisen tutkimuksen akustisten aaltojen leviämisestä vedessä aloitettiin toisen maailmansodan aikana, minkä saneli tarve ratkaista laivaston ja ennen kaikkea sukellusveneiden käytännön ongelmat. Kokeellista ja teoreettista työtä jatkettiin sodan jälkeisinä vuosina ja se tiivistettiin useisiin monografioihin. Näiden töiden tuloksena tunnistettiin ja tarkennettiin joitakin akustisten aaltojen etenemisen piirteitä vedessä: absorptio, vaimennus, heijastus ja taittuminen.

Akustisen aaltoenergian imeytymistä meriveteen aiheuttaa kaksi prosessia: väliaineen sisäinen kitka ja siihen liuenneiden suolojen dissosiaatio. Ensimmäinen prosessi muuntaa akustisen aallon energian lämpöenergiaksi, ja toinen prosessi, joka muuttuu kemialliseksi energiaksi, saattaa molekyylit pois tasapainosta ja ne hajoavat ioneiksi. Tämän tyyppinen absorptio kasvaa jyrkästi akustisen värähtelyn taajuuden kasvaessa. Suspendoituneiden hiukkasten, mikro-organismien ja lämpötilapoikkeamien esiintyminen vedessä johtaa myös akustisen aallon vaimenemiseen vedessä. Nämä häviöt ovat pääsääntöisesti pieniä, ja ne sisältyvät kokonaisabsorptioon, mutta joskus, kuten esimerkiksi laivan perässä hajottaessa, nämä häviöt voivat olla jopa 90%. Lämpötilapoikkeamien esiintyminen johtaa siihen, että akustinen aalto tulee akustisen varjon vyöhykkeille, joissa se voi heijastua useita kertoja.

Vesi-ilma- ja vesi-pohjarajapintojen läsnäolo johtaa akustisen aallon heijastumiseen niistä, ja jos ensimmäisessä tapauksessa akustinen aalto heijastuu kokonaan, niin toisessa tapauksessa heijastuskerroin riippuu pohjamateriaalista: se heijastaa huonosti mutaista pohjaa, hyvin hiekkaista ja kivistä. Matalissa syvyyksissä pohjan ja pinnan välisen akustisen aallon toistuvasta heijastuksesta johtuen syntyy vedenalainen äänikanava, jossa akustinen aalto voi levitä pitkiä matkoja. Äänennopeuden arvon muuttaminen eri syvyyksissä johtaa äänen "säteiden" kaareutumiseen - taittumiseen.

Äänen taittuminen (ääninsäteen polun kaarevuus)

Äänen sironta ja absorptio väliaineen epähomogeenisuuksien vuoksi.

Ääniaaltojen etenemisetäisyys

Ääniaaltojen etenemisalue on monimutkainen funktio säteilytaajuudesta, joka liittyy ainutlaatuisesti akustisen signaalin aallonpituuteen. Kuten tiedetään, korkeataajuiset akustiset signaalit vaimentuvat nopeasti vesiympäristön voimakkaan absorption vuoksi. Matalataajuiset signaalit päinvastoin pystyvät leviämään vesiympäristössä pitkiä matkoja. Joten akustinen signaali, jonka taajuus on 50 Hz, pystyy etenemään valtameressä tuhansien kilometrien etäisyyksillä, kun taas 100 kHz:n taajuudella, joka on tyypillinen sivuskannausluotaimelle, etenemisalue on vain 1-2 km. Taulukossa on esitetty nykyaikaisten kaikuluotainten likimääräiset alueet, joilla on eri akustisen signaalin taajuudet (aallonpituus):

Käyttöalueet.

Hydroakustiikka on saanut laajan käytännön sovelluksen, koska tehokasta järjestelmää sähkömagneettisten aaltojen siirtämiseksi veden alla millään merkittävällä etäisyydellä ei ole vielä luotu, ja siksi ääni on ainoa mahdollinen viestintäkeino veden alla. Näihin tarkoituksiin käytetään äänitaajuuksia 300 - 10 000 Hz ja ultraääniä 10 000 Hz ja enemmän. Sähködynaamisia ja pietsosähköisiä emittereitä ja hydrofoneja käytetään emittereinä ja vastaanottimina äänialueella ja pietsosähköisiä ja magnetostriktiivisia ultraäänialueella.

Tärkeimmät hydroakustiikan sovellukset ovat:

• Sotilaallisten ongelmien ratkaiseminen;
• Merenkulun navigointi;
• Ääni vedenalainen viestintä;
• kalan etsintä tiedustelu;
• Merentutkimus;
• Toiminta-alueet valtamerten pohjan vaurauden kehittämiseksi;
• Akustiikan käyttö uima-altaassa (kotona taissa)
• Merieläinten koulutus.

Huomautuksia

Kirjallisuus ja tietolähteet

KIRJALLISUUS:

• V.V. Shuleikin Meren fysiikka. - Moskova: "Nauka", 1968. - 1090 s.
• I.A. romanialainen Hydroakustiikan perusteet. - Moskova: "Laivanrakennus", 1979. - 105 s.
• Yu.A. Koryakin Hydroakustiset järjestelmät. - Pietari: "Pietarin tiede ja Venäjän merivoima", 2002. - 416 s.

Ääni imeytyy satoja kertoja vähemmän veteen kuin ilmaan. Siitä huolimatta kuultavuus vesiympäristössä on paljon huonompi kuin ilmakehässä. Tämä selittyy ihmisen äänihavainnon erityispiirteillä. Ilmassa ääni havaitaan kahdella tavalla: ilman värähtelyjen välittymisellä tärykalvoihin (ilman johtuminen) ja ns. luun johtumista, jolloin kallon luut havaitsevat ja välittävät äänivärähtelyjä kuulokojeeseen.

Sukellusvarusteiden tyypistä riippuen sukeltaja havaitsee äänen vedessä, jossa vallitsee joko ilma tai luu. Ilmalla täytetyn kolmiulotteisen kypärän läsnäolo mahdollistaa äänen havaitsemisen ilman johtumisen avulla. Merkittävä äänienergian menetys on kuitenkin väistämätöntä, koska ääni heijastuu kypärän pinnalta.

Laskeutuessa ilman varusteita tai varusteissa, joissa on tiukka kypärä, luun johtuminen vallitsee.

Äänen havaitsemisen ominaisuus veden alla on myös kyvyn määrittää äänilähteen suunta. Tämä johtuu siitä, että ihmisen kuuloelimet ovat sopeutuneet äänen etenemisnopeuteen ilmassa ja määrittävät suunnan äänilähteeseen johtuen erosta äänisignaalin saapumisajassa ja äänisignaalin havaitsemassa suhteellisessa äänenpainetasossa. jokainen korva. Auricle-laitteen ansiosta ilmassa oleva ihminen pystyy määrittämään, missä äänilähde sijaitsee - edessä tai takana, jopa yhdellä korvalla. Vedessä asiat ovat toisin. Äänen etenemisnopeus vedessä on 4,5 kertaa suurempi kuin ilmassa. Siksi ero äänisignaalin vastaanottoaikaan kummassakin korvassa tulee niin pieneksi, että on lähes mahdotonta määrittää suuntia äänilähteeseen.

Käytettäessä kovaa kypärää osana varusteita, äänilähteen suunnan määrittäminen on yleensä poissuljettu.

Kaasujen biologiset vaikutukset ihmiskehoon

Kysymys kaasujen biologisesta vaikutuksesta ei noussut esiin sattumalta ja johtuu siitä, että kaasunvaihtoprosessit ihmisen hengityksen aikana normaaleissa olosuhteissa ja ns. hyperbaarisessa (eli korkeapaineisessa) hengittämisessä eroavat merkittävästi toisistaan.

Tiedetään, että tavallinen ilmakehän ilma, jota hengitämme, ei sovellu lentäjien hengittämiseen korkealla lennolla. Sillä on myös rajoitettu käyttö sukeltajien hengittämiseen. Laskeutuessaan yli 60 metrin syvyyteen se korvataan erityisillä kaasuseoksilla.

Harkitse kaasujen pääominaisuuksia, joita sukeltajat käyttävät sekä puhtaassa muodossa että seoksissa muiden kanssa hengittämiseen.

Koostumuksessaan ilma on erilaisten kaasujen seos. Ilman pääkomponentit ovat: happi - 20,9%, typpi - 78,1%, hiilidioksidi - 0,03%. Lisäksi pienet määrät ilmassa sisältävät: argonia, vetyä, heliumia, neonia sekä vesihöyryä.

Ilmakehän kaasut voidaan jakaa kolmeen ryhmään sen mukaan, miten ne vaikuttavat ihmiskehoon: happi - kulutetaan jatkuvasti "kaikkien elämänprosessien ylläpitämiseen; typpi, helium, argon jne. - eivät osallistu kaasunvaihtoon; hiilidioksidi - lisääntynyt pitoisuus on haitallista organismille.

Happi(O2) on väritön kaasu, jolla ei ole makua ja hajua ja jonka tiheys on 1,43 kg/m3. Se on erittäin tärkeä henkilölle osallistujana kaikkiin kehon oksidatiivisiin prosesseihin. Hengitysprosessissa keuhkoissa oleva happi yhdistyy veren hemoglobiiniin ja kulkeutuu koko kehoon, jossa solut ja kudokset kuluttavat sitä jatkuvasti. Kudosten saannin katkeaminen tai jopa väheneminen aiheuttaa hapen nälänhätää, johon liittyy tajunnan menetys ja vaikeissa tapauksissa elämän katkeaminen. Tämä tila voi ilmetä, kun hengitetyn ilman happipitoisuus normaalipaineessa laskee alle 18,5 %. Toisaalta hengitetyn seoksen happipitoisuuden lisääntyessä tai paineen alaisena hengitettäessä, yli sallitun, hapella on myrkyllisiä ominaisuuksia - tapahtuu happimyrkytys.

Typpi(N) - väritön, hajuton ja mauton kaasu, jonka tiheys on 1,25 kg/m3, on tilavuuden ja massan mukaan pääosa ilmakehän ilmasta. Normaaliolosuhteissa se on fysiologisesti neutraali, ei osallistu aineenvaihduntaan. Kuitenkin paineen kasvaessa sukeltajan sukellussyvyyden myötä typpi lakkaa olemasta neutraalia ja yli 60 metrin syvyydessä sillä on voimakkaita huumausaineita.

Hiilidioksidi(CO2) on väritön kaasu, jolla on hapan maku. Se on 1,5 kertaa ilmaa raskaampaa (tiheys 1,98 kg / m3), ja siksi se voi kerääntyä suljettujen ja huonosti ilmastoitujen tilojen alaosiin.

Hiilidioksidia muodostuu kudoksissa oksidatiivisten prosessien lopputuotteena. Tietty määrä tätä kaasua on aina läsnä kehossa ja osallistuu hengityksen säätelyyn, ja ylimäärä kulkeutuu veren mukana keuhkoihin ja poistuu uloshengitysilman mukana. Ihmisen vapautuvan hiilidioksidin määrä riippuu pääasiassa fyysisen aktiivisuuden asteesta ja kehon toimintatilasta. Toistuva syvä hengitys (hyperventilaatio) vähentää kehon hiilidioksidipitoisuutta, mikä voi johtaa hengityspysähdykseen (apneaan) ja jopa tajunnan menetykseen. Toisaalta sen pitoisuuden lisääntyminen hengityselinten seoksessa sallittua enemmän johtaa myrkytykseen.

Muista kaasuista, jotka muodostavat ilman, eniten käytetty sukeltajien keskuudessa heliumia(Ei). Se on inertti kaasu, hajuton ja mauton. Koska sillä on alhainen tiheys (noin 0,18 kg/m3) ja huomattavasti pienempi kyky aiheuttaa huumausaineita korkeissa paineissa, sitä käytetään laajalti typen korvikkeena keinotekoisten hengitysteiden seosten valmistukseen laskeutuessa suuriin syvyyksiin.

Heliumin käyttö hengityselinten seosten koostumuksessa johtaa kuitenkin muihin ei-toivottuihin ilmiöihin. Sen korkea lämmönjohtavuus ja siten lisääntynyt kehon lämmönsiirto edellyttävät tehostettua lämpösuojaa tai sukeltajien aktiivista lämmitystä.

Ilmanpaine. Tiedetään, että meitä ympäröivällä ilmakehällä on massa ja se kohdistaa painetta maan pintaan ja kaikkiin sillä oleviin esineisiin. Merenpinnan tasolla mitattu ilmanpaine tasapainotetaan putkissa, joiden halkaisija on G cm2 ja jossa elohopeapatsas on 760 mm korkea tai vesi 10,33 m. Jos tämä elohopea tai vesi punnitaan, niiden massa on 1,033 kg. Tämä tarkoittaa, että "normaali ilmanpaine on 1,033 kgf / cm2, mikä SI-järjestelmässä vastaa 103,3 kPa*. (* SI-järjestelmässä paineen yksikkö on pascal (Pa). Jos muunnos on tarpeen, käytetään suhteita: 1 kgf / cm1 \u003d 105 Pa \u003d 102 kPa \u003d \u003d * 0,1 MPa.).

Sukelluslaskelmissa on kuitenkin hankalaa käyttää tällaisia ​​tarkkoja mittayksiköitä. Siksi paineyksikköä pidetään paineena, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin 1 kgf / cm2, jota kutsutaan tekniseksi ilmakehäksi (at). Yksi tekninen ilmakehä vastaa 10 m:n vesipatsaan painetta.

Ilma puristuu helposti paineen noustessa, mikä pienentää tilavuutta suhteessa paineeseen. Paineilman paine mitataan painemittarilla, joka näyttää ylipaine eli ilmakehän paineen yläpuolella. Ylipaineen yksikkö on merkitty ati. Ylipaineen ja ilmanpaineen summaa kutsutaan absoluuttinen paine(ata).

Normaaleissa maanpäällisissä olosuhteissa ilma kaikilta puolilta painaa tasaisesti ihmistä. Kun otetaan huomioon, että ihmiskehon pinta on keskimäärin 1,7-1,8 m2, siihen laskeutuva ilmanpainevoima on 17-18 tuhatta kgf (17-18 tf). Ihminen ei kuitenkaan tunne tätä painetta, koska hänen ruumiinsa koostuu 70-prosenttisesti käytännöllisesti katsoen kokoonpuristumattomista nesteistä, ja sisäonteloissa - keuhkoissa, välikorvassa jne. - sitä tasapainottaa siellä olevan ja kommunikoivan ilman vastapaine. tunnelman kanssa.

Veteen upotettuna ihminen altistuu yläpuolellaan olevan vesipatsaan ylipaineelle, joka kasvaa 1 ati joka 10 m. Painemuutokset voivat aiheuttaa kipua ja puristusta, jonka estämiseksi sukeltajan on syötettävä paineistettua hengitysilmaa yhtä suuri kuin absoluuttinen paineympäristö.

Koska sukeltajat joutuvat käsittelemään paineilmaa tai kaasuseoksia, on syytä muistaa heidän noudattamansa peruslait ja antaa joitain käytännön laskelmia varten tarvittavia kaavoja.

Ilma, kuten muutkin todelliset kaasut ja kaasuseokset, noudattaa tietyllä likiarvolla fysikaalisia lakeja, jotka ovat ehdottoman päteviä ihanteellisille kaasuille.

SUKELLUSVARUSTEET

Sukellusvarusteet ovat laitteita ja tuotteita, joita sukeltaja käyttää varmistaakseen elämän ja työskentelyn vesiympäristössä tietyn ajan.

Sukellusvarusteet ovat tarkoitukseen sopivia, jos ne tarjoavat:

henkilön hengitys, kun hän tekee työtä veden alla;

eristys ja lämpösuojaus kylmälle vedelle altistumiselta;

riittävä liikkuvuus ja vakaa asento veden alla;

turvallisuus upotuksen, pinnalle poistumisen ja työskentelyn aikana;

varma liitos pintaan.

Ratkaistavista tehtävistä riippuen sukellusvarusteet jaetaan:

käyttösyvyyden mukaan - matalien (keskisuurten) syvyyksien ja syvänmeren laitteille;

hengityskaasuseoksen tarjoamismenetelmän mukaan - autonomiselle ja letkulle;

lämpösuojausmenetelmän mukaan - laitteille, joissa on passiivinen lämpösuojaus, sähkö- ja vesilämmitteinen;

eristysmenetelmän mukaan - laitteille, joissa on vesi- ja kaasutiiviit "kuiva"-tyyppiset ja läpäisevät "märkä"-tyyppiset märkäpuvut.

Täydellisimmän käsityksen sukellusvarusteiden toiminnan toiminnallisista ominaisuuksista antaa sen luokittelu menetelmän mukaan, jolla ylläpidetään hengitykseen tarvittavan kaasuseoksen koostumusta. Laitteet erotetaan tästä:

tuuletettu;

avoimella hengitysjärjestelmällä;

puolisuljetulla hengitysmallilla;

suljetulla hengityksellä.

Pitkillä etäisyyksillä äänienergia etenee vain lempeitä säteitä pitkin, jotka eivät kosketa merenpohjaa kokonaan. Tässä tapauksessa väliaineen asettama rajoitus äänen etenemisalueelle on sen absorptio meriveteen. Pääasiallinen absorption mekanismi liittyy rentoutumisprosesseihin, jotka liittyvät ionien ja akustisen aallon veteen liuenneiden suolamolekyylien välisen termodynaamisen tasapainon rikkomiseen. On huomattava, että päärooli absorptiossa laajalla äänitaajuusalueella on magnesiumsulfidisuolalla MgSO4, vaikka sen prosenttiosuus merivedessä on melko pieni - lähes 10 kertaa pienempi kuin esimerkiksi vuorisuolalla NaCl, joka kuitenkin. ei näytä merkittävää roolia äänen absorptiossa.

Yleisesti ottaen absorptio meriveteen on sitä suurempi mitä korkeampi äänen taajuus. Taajuuksilla 3-5 - vähintään 100 kHz, joissa yllä oleva mekanismi hallitsee, absorptio on verrannollinen taajuuteen noin 3/2 tehoon. Matalilla taajuuksilla aktivoituu uusi absorptiomekanismi (mahdollisesti johtuen boorisuoloista vedessä), mikä tulee erityisen havaittavaksi satojen hertsien alueella; tässä absorptiotaso on poikkeuksellisen korkea ja laskee paljon hitaammin taajuuden pienentyessä.

Meriveden absorption kvantitatiivisten ominaisuuksien selvemmin kuvittelemiseksi huomaamme, että tämän vaikutuksen vuoksi ääni, jonka taajuus on 100 Hz, vaimenee kertoimella 10 10 tuhannen km:n polulla ja taajuudella 10 kHz - vain 10 km:n etäisyydellä (kuva 2). Siten vain matalataajuisia ääniaaltoja voidaan käyttää pitkän kantaman vedenalaiseen viestintään, pitkän matkan vedenalaisten esteiden havaitsemiseen ja vastaaviin.

Kuva 2 - Etäisyydet, joilla eri taajuuksiset äänet vaimentuvat 10 kertaa merivedessä eteneessään.

Kuultavien äänien alueella taajuusalueella 20-2000 Hz keskivoimakkaiden äänien etenemisalue veden alla on 15-20 km ja ultraäänen alueella - 3-5 km.

Laboratorio-olosuhteissa pienissä vesimäärissä havaittujen äänenvaimennusarvojen perusteella voisi odottaa paljon suurempia alueita. Luonnollisissa olosuhteissa itse veden ominaisuuksista johtuvan vaimennuksen (ns. viskoosinen vaimennus) lisäksi vaikuttaa kuitenkin myös sen sironta ja imeytyminen väliaineen erilaisista epähomogeenisuuksista.

Äänen taittuminen eli äänikeilan polun kaarevuus johtuu veden ominaisuuksien heterogeenisyydestä, pääasiassa pystysuorassa suunnassa, johtuen kolmesta pääasiallisesta syystä: hydrostaattisen paineen muutoksista syvyyden myötä, suolapitoisuuden muutoksista ja lämpötilan muutokset, jotka johtuvat vesimassan epätasaisesta kuumenemisesta auringonsäteiden vaikutuksesta. Näiden syiden yhteisvaikutuksen seurauksena äänen etenemisnopeus, joka on makealla vedellä noin 1450 m/s ja merivedellä noin 1500 m/s, muuttuu syvyyden mukaan ja muutoslaki riippuu vuodenajasta. , kellonaika, säiliön syvyys ja monet muut syyt . Lähteestä jossain kulmassa horisonttiin nähden lähtevät äänisäteet taipuvat, ja taipumisen suunta riippuu äänen nopeuksien jakautumisesta väliaineessa. Kesällä, kun ylemmät kerrokset ovat lämpimämpiä kuin alemmat, säteet taipuvat alas ja heijastuvat enimmäkseen pohjasta menettäen merkittävän osan energiastaan. Päinvastoin talvella, kun veden alemmat kerrokset säilyttävät lämpötilansa, kun taas ylemmät kerrokset jäähtyvät, säteet taipuvat ylöspäin ja heijastavat useita kertoja veden pinnalta, jolloin energiaa menetetään paljon vähemmän. Siksi talvella äänen etenemisetäisyys on suurempi kuin kesällä. Taittumisen vuoksi ns. kuolleet alueet, eli alueet, jotka sijaitsevat lähellä lähdettä ja joilla ei ole kuultavuutta.

Taittumisen esiintyminen voi kuitenkin johtaa äänen etenemisalueen kasvuun - ilmiöön, jossa äänet etenevät veden alla. Jossain syvyydessä veden pinnan alla on kerros, jossa ääni etenee pienimmällä nopeudella; tämän syvyyden yläpuolella äänen nopeus kasvaa lämpötilan nousun vuoksi ja tämän alapuolella hydrostaattisen paineen lisääntymisen vuoksi syvyyden myötä. Tämä kerros on eräänlainen vedenalainen äänikanava. Kanavan akselilta ylös- tai alaspäin taittumisen vuoksi poikkeava säde pyrkii aina palaamaan siihen. Jos äänilähde ja vastaanotin sijoitetaan tähän kerrokseen, jopa keskivoimaiset äänet (esimerkiksi 1-2 kg:n pienten varausten räjähdykset) voidaan tallentaa satojen ja tuhansien kilometrien etäisyyksiltä. Merkittävä äänen etenemisalueen lisääntyminen vedenalaisen äänikanavan läsnä ollessa on havaittavissa, kun äänen lähde ja vastaanotin eivät ole välttämättä lähellä kanavan akselia, vaan esimerkiksi lähellä pintaa. Tässä tapauksessa alaspäin taittuvat säteet menevät syviin kerroksiin, joissa ne poikkeavat ylöspäin ja tulevat taas ulos pinnalle useiden kymmenien kilometrien etäisyydellä lähteestä. Lisäksi säteiden etenemiskuvio toistetaan, ja sen seurauksena ns. toissijaiset valaistut vyöhykkeet, jotka yleensä jäljitetään useiden satojen kilometrien etäisyyksille.

Korkeataajuisten äänien, erityisesti ultraäänien, etenemiseen, kun aallonpituudet ovat hyvin pieniä, vaikuttavat pienet epähomogeenisuudet, joita yleensä esiintyy luonnollisissa säiliöissä: mikro-organismit, kaasukuplat jne. Nämä epähomogeenisuudet toimivat kahdella tavalla: ne absorboivat ja sirottavat ääniaaltojen energiaa. Tämän seurauksena äänen värähtelytaajuuden kasvaessa niiden etenemisalue pienenee. Tämä vaikutus on erityisen havaittavissa veden pintakerroksessa, jossa on eniten epähomogeenisuutta. Epähomogeenisuuksien sekä vedenpinnan ja pohjan epäsäännöllisyyksien aiheuttama äänen sironta aiheuttaa äänipulssin lähettämiseen liittyvän vedenalaisen kaiuntailmiön: epähomogeenisuuden ja sulautumisen yhdistelmästä heijastuvat ääniaallot kiristävät ääntä. äänipulssi, joka jatkuu päättymisensä jälkeen, samalla tavalla kuin suljetuissa tiloissa havaittu jälkikaiunta. Vedenalainen jälkikaiunta on melko merkittävä häiriö useissa käytännön hydroakustiikan sovelluksissa, erityisesti kaikuluotaimissa.

Vedenalaisten äänten leviämisalueen rajoja rajoittavat myös ns. meren omat äänet, joilla on kaksi alkuperää. Osa melusta syntyy aaltojen vaikutuksesta veden pintaan, surffauksesta, vierivien kivien melusta jne. Toinen osa liittyy meren eläimistöön; tämä sisältää kalojen ja muiden merieläinten tuottamat äänet.

Ääni kulkee ääniaaltojen läpi. Nämä aallot eivät kulje vain kaasujen ja nesteiden, vaan myös kiinteiden aineiden läpi. Kaikkien aaltojen toiminta on pääasiassa energian siirtoa. Äänen tapauksessa kuljetus tapahtuu pieninä liikkeinä molekyylitasolla.

Kaasuissa ja nesteissä ääniaalto siirtää molekyylejä liikkeensä suuntaan eli aallonpituuden suuntaan. Kiinteissä aineissa molekyylien äänivärähtelyjä voi esiintyä myös aaltoa vastaan ​​kohtisuorassa suunnassa.

Ääniaallot etenevät lähteistään kaikkiin suuntiin, kuten näkyy oikealla olevassa kuvassa, jossa metallikello törmää ajoittain kieleensä. Nämä mekaaniset törmäykset saavat kellon värisemään. Värähtelyenergia välittyy ympäröivän ilman molekyyleihin, ja ne työnnetään pois kellosta. Tämän seurauksena paine nousee kellon viereisessä ilmakerroksessa, joka sitten leviää aaltoina kaikkiin suuntiin lähteestä.

Äänen nopeus on riippumaton äänenvoimakkuudesta tai sävystä. Kaikki huoneen radion äänet, olivatpa ne kovat tai hiljaiset, korkeat tai matalat, saavuttavat kuuntelijan samanaikaisesti.

Äänen nopeus riippuu väliaineen tyypistä, jossa se etenee, ja sen lämpötilasta. Kaasuissa ääniaallot kulkevat hitaasti, koska niiden harvinainen molekyylirakenne ei juurikaan vastusta puristusta. Nesteissä äänen nopeus kasvaa ja kiinteissä aineissa vielä nopeammaksi, kuten alla olevasta kaaviosta näkyy metreinä sekunnissa (m/s).

aallon polku

Ääniaallot etenevät ilmassa samalla tavalla kuin oikealla olevissa kaavioissa. Aaltorinteet liikkuvat lähteestä tietyllä etäisyydellä toisistaan, mikä määräytyy kellon värähtelytaajuuden mukaan. Ääniaallon taajuus määritetään laskemalla tietyn pisteen läpi kulkevien aaltorintojen määrä aikayksikköä kohti.

Ääniaaltorintama siirtyy pois värähtelevästä kellosta.

Tasaisesti lämmitetyssä ilmassa ääni kulkee tasaisella nopeudella.

Toinen rintama seuraa ensimmäistä etäisyydellä, joka on yhtä suuri kuin aallonpituus.

Äänen voimakkuus on suurin lähellä lähdettä.

Näkymättömän aallon graafinen esitys

Syvyyden ääni

Ääniaaloista koostuva kaikuluotaimen säde kulkee helposti valtameren veden läpi. Luotain toimintaperiaate perustuu siihen, että ääniaallot pomppaavat pois meren pohjasta; tätä laitetta käytetään yleensä vedenalaisen kohokuvion ominaisuuksien määrittämiseen.

Elastiset kiinteät aineet

Ääni etenee puulevyssä. Useimpien kiinteiden aineiden molekyylit sitoutuvat elastiseen avaruudelliseen hilaan, joka puristuu huonosti ja samalla nopeuttaa ääniaaltojen kulkua.