באיזה מדיום גל קול מתפשט מהר יותר? הפצת קול

השתקפות קול בסעיף זה נניח שאורך גל הקול קטן מספיק ולכן הקול מתפשט לאורך הקרניים. מה קורה כאשר אלומת קול כזו נופלת מהאוויר אל משטח מוצק? ברור שבמקרה הזה יש השתקפות

גילוי של מאפיינים בלתי צפויים של האטמוספירה - ניסויים מוזרים - העברת אנרגיה חשמלית על חוט בודד ללא החזרה - שידור דרך כדור הארץ ללא חוטים בכלל עוד אחת מהסיבות הללו היא שהגעתי לאנרגיה חשמלית.

העברת כוח חשמלי ללא חוטים* עד סוף שנת 1898, מחקר שיטתי, שנעשה במשך שנים רבות לשיפור שיטת העברת האנרגיה החשמלית דרך הסביבה הטבעית, הוביל אותי להבנה של שלושה צרכים חשובים; ראשון -

העברת קול באמצעות מחולל צינורות רדיו, שתוכניתו מוצגת באיור. 24 מייצר פליטות רדיו עם פרמטרים ללא שינוי. בוא נעשה לו תוספת קטנה: למעגל שמספק מתח לרשת של מנורת האלקטרון, נחבר אותו באמצעות אינדוקציה

48 העברת אנרגיה דרך חומר לצורך הניסוי אנו צריכים: תריסר מטבעות עבור הרובל. כבר נפגשנו עם גלים שונים. הנה עוד ניסוי ישן שנראה די מצחיק ומראה איך גל עובר דרך חפץ קח זוטת - מטבעות למשל

30. העברת הודעות לעבר מערכת חוקים לצופה עוד לפני שכריסטופר נולאן ביים את Interstellar ועיבד מחדש את התסריט, אחיו ג'ונה סיפר לי על מערכת חוקים.

פרק 30 מסרים לעבר כיצד פיזיקאים מודרניים מדמיינים נסיעה אחורה בזמן בארבעה ממדי מרחב-זמן ללא כמות גדולה, עיין בפרק האחרון של חורים שחורים וקפלי זמן [Thorn 2009], פרקים

פרק 30 שליחת הודעות לעבר ברוב המקרים, בדיוק כמו בבריאן שלנו, העמדות במרחב-זמן בהן ניתן לשלוח הודעות ולהזיז כל דבר מוגבלות על ידי החוק ששום דבר אינו יכול לנוע מהר יותר מהאור. כדי לחקור

הידרואקוסטיקה (מיוונית. הידרו- מים, אקוסטיקוקוקוס- שמיעתי) - מדע התופעות המתרחשות בסביבה המימית וקשורות להתפשטות, פליטה וקבלה של גלים אקוסטיים. הוא כולל פיתוח ויצירה של מכשירים הידראוקוסטיים המיועדים לשימוש בסביבה מימית.

ההיסטוריה של ההתפתחות

המדידות הראשונות של המרחק באמצעות קול נעשו על ידי החוקר הרוסי האקדמי יא.ד. זכרוב. ב-30 ביוני 1804 הוא טס בבלון למטרות מדעיות, ובטיסה זו השתמש בהחזר הקול מפני כדור הארץ כדי לקבוע את גובה הטיסה. בעודו בסל הכדור, הוא צעק בקולי קולות לתוך הקרן כלפי מטה. לאחר 10 שניות, הגיע הד נשמע מובהק. מכאן הסיק זכרוב שגובה הכדור מעל פני הקרקע הוא בערך 5X334 = 1670 מ'. שיטה זו היוותה את הבסיס לרדיו ולסונאר.

במקביל להתפתחות סוגיות תיאורטיות ברוסיה, נערכו מחקרים מעשיים על תופעות התפשטות הקולות בים. אדמירל S.O. Makarov בשנים 1881 - 1882 הציע להשתמש במכשיר הנקרא פלקטומטר כדי להעביר מידע על מהירות הזרם מתחת למים. זה סימן את תחילת הפיתוח של ענף חדש של מדע וטכנולוגיה - טלמטריה הידרואקוסטית.

תכנית התחנה ההידרופונית של המפעל הבלטי, דגם 1907: 1 - משאבת מים; 2 - צינור; 3 - וסת לחץ; 4 - תריס הידראולי אלקטרומגנטי (שסתום טלגרף); 5 - מפתח טלגרף; 6 - פולט קרום הידראולי; 7 - לוח הספינה; 8 - מיכל עם מים; 9 - מיקרופון אטום

בשנות ה-90 במספנה הבלטית, ביוזמת קפטן דרגה 2 מ.נ. בקלמישב, החלה העבודה על פיתוח מכשירי תקשורת הידראוקוסטיים. הבדיקות הראשונות של משדר הידראוקוסטי לתקשורת תת-ימית בוצעו בסוף המאה ה-19. בבריכת הניסוי בנמל גלרנאיה בסנט פטרסבורג. הרעידות שנפלטו ממנו נשמעו היטב במשך 7 קילומטרים במגדלור הצף של נייבסקי. כתוצאה ממחקר ב-1905. יצר את מכשיר התקשורת ההידרואקוסטית הראשון, שבו סירנה תת-מימית מיוחדת הנשלטת על ידי מפתח טלגרף מילאה תפקיד של משדר, ומיקרופון פחמן, קבוע מבפנים על גוף הספינה, שימש כמקלט אותות. האותות תועדו על ידי מכשיר מורס ועל ידי האוזן. מאוחר יותר, הסירנה הוחלפה בפולט מסוג ממברנה. היעילות של המכשיר, הנקראת תחנה הידרופונית, עלתה משמעותית. ניסויים ימיים של התחנה החדשה התקיימו במרץ 1908. על הים השחור, שם טווח קליטת האות האמינה עלה על 10 ק"מ.

התחנות הטוריות הראשונות לתקשורת תת ימית קולית שתוכננה על ידי המספנה הבלטית בשנים 1909-1910. מותקן על צוללות "קַרפִּיוֹן", "גאדג'ון", "סטרלט", « מָקָרֶל"ו" אוֹקוּנוֹס». בעת התקנת תחנות על צוללות, על מנת לצמצם הפרעות, המקלט היה ממוקם בפיירינג מיוחד שנגרר אחורי על כבל-כבל. הבריטים הגיעו להחלטה דומה רק במהלך מלחמת העולם הראשונה. ואז הרעיון הזה נשכח, ורק בסוף שנות ה-50 שוב נעשה בו שימוש במדינות שונות בעת יצירת תחנות ספינות סונאר עמידות לרעש.

הדחף לפיתוח ההידרואקוסטיקה היה מלחמת העולם הראשונה. במהלך המלחמה ספגו מדינות האנטנט אבדות קשות בסוחר ובצי עקב פעולות הצוללות הגרמניות. היה צורך למצוא אמצעים להילחם בהם. הם נמצאו במהרה. צוללת במצב שקוע יכול להישמע על ידי הרעש שנוצר על ידי המדחפים ומנגנוני ההפעלה. מכשיר שמזהה חפצים רועשים וקובע את מיקומם נקרא מאתר כיווני רעש. הפיזיקאי הצרפתי P. Langevin הציע ב-1915 להשתמש במקלט רגיש העשוי ממלח רושל לתחנת מציאת כיוון הרעש הראשונה.

יסודות ההידרואקוסטיקה

תכונות של התפשטות גלים אקוסטיים במים

מרכיבים של אירוע התרחשות הד.

תחילתו של מחקר מקיף ויסודי על התפשטות גלים אקוסטיים במים הונחה במהלך מלחמת העולם השנייה, שהוכתבה על ידי הצורך לפתור את הבעיות המעשיות של חיל הים ובראש ובראשונה צוללות. העבודה הניסויית והתיאורטית נמשכה בשנים שלאחר המלחמה ותמצתה במספר מונוגרפיות. כתוצאה מעבודות אלו, זוהו ושוכללו כמה מאפיינים של התפשטות גלים אקוסטיים במים: ספיגה, הנחתה, השתקפות ושבירה.

ספיגת אנרגיית הגל האקוסטי במי הים נגרמת על ידי שני תהליכים: החיכוך הפנימי של המדיום ופירוק המלחים המומסים בו. התהליך הראשון הופך את האנרגיה של גל אקוסטי לאנרגיה תרמית, והתהליך השני, המומר לאנרגיה כימית, מוציא את המולקולות משיווי משקל, והן מתכלות ליונים. סוג זה של בליעה עולה בחדות עם עלייה בתדירות הרטט האקוסטי. נוכחותם של חלקיקים מרחפים, מיקרואורגניזמים וחריגות טמפרטורה במים מובילה גם להחלשת הגל האקוסטי במים. ככלל, הפסדים אלו קטנים, והם נכללים בספיגה הכוללת, אולם לעיתים, כמו למשל במקרה של פיזור בעקבות ספינה, הפסדים אלו יכולים להגיע עד 90%. הנוכחות של חריגות טמפרטורה מובילה לעובדה שהגל האקוסטי נכנס לאזורי הצל האקוסטי, שם הוא יכול לעבור השתקפויות מרובות.

נוכחותם של ממשקי מים-אוויר ומים-תחתית מובילה להחזרה של גל אקוסטי מהם, ואם במקרה הראשון הגל האקוסטי מוחזר לחלוטין, הרי שבמקרה השני מקדם ההשתקפות תלוי בחומר התחתון: הוא משקף בצורה גרועה את הקרקעית הבוצית, חולית וסלעית היטב. בעומקים רדודים, עקב השתקפות חוזרת ונשנית של גל אקוסטי בין הקרקעית למשטח, נוצרת תעלת קול תת-מימית, בה יכול הגל האקוסטי להתפשט למרחקים ארוכים. שינוי ערך מהירות הקול בעומקים שונים מוביל לעקמומיות של "קרני" הקול - שבירה.

שבירה של צליל (עקמומיות של נתיב אלומת הקול)

פיזור וקליטה של ​​צליל על ידי חוסר הומוגניות של המדיום.

מרחק התפשטות גלי הקול

טווח ההתפשטות של גלי הקול הוא פונקציה מורכבת של תדר הקרינה, הקשורה באופן ייחודי לאורך הגל של האות האקוסטי. כידוע, אותות אקוסטיים בתדר גבוה מוחלשים במהירות עקב קליטה חזקה על ידי הסביבה המימית. אותות בתדר נמוך, להיפך, מסוגלים להתפשט בסביבה המימית למרחקים ארוכים. אז אות אקוסטי בתדר של 50 הרץ מסוגל להתפשט באוקיינוס ​​למרחקים של אלפי קילומטרים, בעוד שלאות בתדר של 100 קילו-הרץ, האופייני לסונאר סריקת צד, יש טווח התפשטות של 1-2 בלבד. ק"מ. הטווחים המשוערים של סונרים מודרניים עם תדרים שונים של האות האקוסטי (אורך הגל) ניתנים בטבלה:

תחומי שימוש.

ההידרואקוסטיקה זכתה ליישום מעשי רחב, שכן טרם נוצרה מערכת יעילה להעברת גלים אלקטרומגנטיים מתחת למים בכל מרחק משמעותי, ולכן הקול הוא אמצעי התקשורת האפשרי היחיד מתחת למים. למטרות אלו, נעשה שימוש בתדרי צליל מ-300 עד 10,000 הרץ ואולטרסאונד מ-10,000 הרץ ומעלה. פולטים והידרופונים אלקטרו-דינמיים ופיזואלקטריים משמשים כפולטים ומקלטים באזור הקול, ואלה פיזואלקטריים ומגנטוסטריקטיביים משמשים באזור האולטראסוני.

היישומים המשמעותיים ביותר של הידרואקוסטיקה הם:

• לפתור בעיות צבאיות;
• ניווט ימי;
• תקשורת תת ימית קולית;
• סיור חיפושי דגים;
• מחקר אוקינולוגי;
• תחומי פעילות לפיתוח עושר קרקעית האוקיינוסים;
• שימוש באקוסטיקה בבריכה (בבית או במרכז אימוני שחייה מסונכרנת)
• אילוף בעלי חיים ימיים.

הערות

ספרות ומקורות מידע

סִפְרוּת:

• V.V. שוליקין פיזיקה של הים. - מוסקבה: "נאוקה", 1968. - 1090 עמ'.
• א.א. רומנית יסודות ההידרואקוסטיקה. - מוסקבה: "בניית ספינות", 1979. - 105 עמ'.
• יו.א. קוריאקין מערכות הידראוקוסטיות. - סנט פטרסבורג: "מדע סנט פטרסבורג והכוח הימי של רוסיה", 2002. - 416 עמ'.

קול נספג במים פי מאות פחות מאשר באוויר. אף על פי כן, השמיעה בסביבה המימית גרועה בהרבה מאשר באטמוספרה. זה מוסבר על ידי המוזרויות של התפיסה האנושית של צליל. באוויר, קול נתפס בשני אופנים: על ידי העברת תנודות אוויר לעור התוף של האוזניים (הולכת אוויר) ועל ידי מה שנקרא הולכת עצם, כאשר תנודות הקול נתפסות ומועברות למכשיר השמיעה על ידי עצמות העצם. גולגולת.

בהתאם לסוג ציוד הצלילה, הצולל קולט קול במים עם דומיננטיות של אויר או הולכה של עצם. הנוכחות של קסדה תלת מימדית מלאה באוויר מאפשרת לך לתפוס צליל על ידי הולכת אוויר. עם זאת, אובדן משמעותי של אנרגיית הקול הוא בלתי נמנע כתוצאה מהחזר קול ממשטח הקסדה.

כאשר יורדים ללא ציוד או בציוד עם קסדה צמודה, הולכת עצם שולטת.

תכונה של תפיסת קול מתחת למים היא גם אובדן היכולת לקבוע את הכיוון למקור הקול. זאת בשל העובדה שאברי השמיעה האנושיים מותאמים למהירות התפשטות הקול באוויר וקובעים את הכיוון למקור הקול בשל ההבדל בזמן ההגעה של אות הקול ורמת לחץ הקול היחסית הנתפסת על ידי כל אוזן. הודות למכשיר האפרכסת, אדם באוויר מסוגל לקבוע היכן נמצא מקור הקול - מלפנים או מאחור, אפילו באוזן אחת. במים הדברים שונים. מהירות התפשטות הקול במים גדולה פי 4.5 מאשר באוויר. לכן, ההבדל בזמן הקליטה של ​​אות הקול על ידי כל אוזן הופך כל כך קטן עד שכמעט בלתי אפשרי לקבוע את הכיוונים למקור הקול.

כאשר משתמשים בקסדה קשיחה כחלק מהציוד, נשללת בדרך כלל האפשרות לקבוע את הכיוון למקור הקול.

השפעות ביולוגיות של גזים על גוף האדם

שאלת ההשפעות הביולוגיות של גזים לא הועלתה במקרה והיא נובעת מהעובדה שתהליכי חילופי הגזים במהלך נשימה אנושית בתנאים רגילים ומה שנקרא היפרברי (כלומר בלחץ גבוה) שונים באופן משמעותי.

ידוע שהאוויר האטמוספרי הרגיל שאנו נושמים אינו מתאים לנשימה של טייסים בטיסות בגובה רב. הוא גם מוצא שימוש מוגבל לנשימה של צוללנים. כאשר יורדים לעומקים של יותר מ-60 מ', הוא מוחלף בתערובות גז מיוחדות.

שקול את המאפיינים העיקריים של גזים, אשר, הן בצורה טהורה והן בתערובות עם אחרים, משמשים לנשימה על ידי צוללנים.

בהרכבו, האוויר הוא תערובת של גזים שונים. המרכיבים העיקריים של האוויר הם: חמצן - 20.9%, חנקן - 78.1%, פחמן דו חמצני - 0.03%. בנוסף, כמויות קטנות באוויר מכילות: ארגון, מימן, הליום, ניאון, וכן אדי מים.

את הגזים המרכיבים את האטמוספירה ניתן לחלק לשלוש קבוצות לפי השפעתם על גוף האדם: חמצן - נצרך כל הזמן כדי "לשמור על כל תהליכי החיים; חנקן, הליום, ארגון וכו' - אינם משתתפים בחילופי גזים; פחמן דו חמצני - בריכוז מוגבר לאורגניזם מזיק.

חַמצָן(O2) הוא גז חסר צבע ללא טעם וריח בצפיפות של 1.43 ק"ג/מ"ק. יש חשיבות רבה לאדם כמשתתף בכל תהליכי החמצון בגוף. בתהליך הנשימה, חמצן בריאות משתלב עם המוגלובין בדם ונישא בכל הגוף, שם הוא נצרך ברציפות על ידי תאים ורקמות. הפסקה באספקה ​​או אפילו ירידה באספקה ​​שלו לרקמות גורמת לרעב חמצן, המלווה באובדן הכרה, ובמקרים חמורים, הפסקת חיים. מצב זה יכול להתרחש כאשר תכולת החמצן באוויר הנשאף בלחץ רגיל יורדת מתחת ל-18.5%. מאידך, עם עלייה בתכולת החמצן בתערובת הנשאפת או בעת נשימה בלחץ, מעבר למותר, חמצן מפגין תכונות רעילות - מתרחשת הרעלת חמצן.

חַנקָן(N) - גז חסר צבע, חסר ריח וטעם בצפיפות של 1.25 ק"ג/מ"ק, הוא החלק העיקרי של האוויר האטמוספרי בנפח ובמסה. בתנאים נורמליים, הוא ניטרלי מבחינה פיזיולוגית, אינו לוקח חלק בחילוף החומרים. עם זאת, כאשר הלחץ עולה עם עומק הצלילה של הצולל, החנקן מפסיק להיות ניטרלי ובעומקים של 60 מטר או יותר, מפגין תכונות נרקוטיות בולטות.

פחמן דו חמצני(CO2) הוא גז חסר צבע עם טעם חמוץ. הוא כבד פי 1.5 מהאוויר (צפיפות 1.98 ק"ג/מ"ק), ולכן הוא יכול להצטבר בחלקים התחתונים של חדרים סגורים ומאווררים גרוע.

פחמן דו חמצני נוצר ברקמות כתוצר סופי של תהליכי חמצון. כמות מסוימת של גז זה קיימת תמיד בגוף ומעורבת בוויסות הנשימה, והעודף נישא בדם לריאות ומוסר באוויר נשוף. כמות הפחמן הדו חמצני הנפלט על ידי אדם תלויה בעיקר במידת הפעילות הגופנית ובמצב התפקוד של הגוף. בנשימה תכופה ועמוקה (היפרונטילציה), תכולת הפחמן הדו חמצני בגוף יורדת, מה שעלול להוביל להפסקת נשימה (דום נשימה) ואף לאובדן הכרה. מצד שני, עלייה בתכולתו בתערובת הנשימתית יותר מהמותר מביאה להרעלה.

מבין שאר הגזים המרכיבים את האוויר, השימוש הגדול ביותר בקרב צוללנים קיבל הֶלִיוּם(לֹא). זהו גז אינרטי, חסר ריח וחסר טעם. בעל צפיפות נמוכה (כ-0.18 ק"ג/מ"ק) ויכולת נמוכה משמעותית לגרום להשפעות נרקוטיות בלחצים גבוהים, הוא נמצא בשימוש נרחב כתחליף חנקן להכנת תערובות נשימה מלאכותיות במהלך ירידות לעומקים גדולים.

עם זאת, השימוש בהליום בהרכב של תערובות נשימתיות מוביל לתופעות לא רצויות אחרות. המוליכות התרמית הגבוהה שלו, וכתוצאה מכך, העברת חום הגוף המוגברת דורשים הגנה תרמית מוגברת או חימום אקטיבי של צוללנים.

לחץ אוויר. ידוע כי לאטמוספירה סביבנו יש מסה והיא מפעילה לחץ על פני כדור הארץ ועל כל העצמים שעליו. הלחץ האטמוספרי הנמדד בגובה פני הים מאוזן בצינורות עם חתך של G cm2 עם עמוד של כספית בגובה 760 מ"מ או מים בגובה 10.33 מ'. אם כספית או מים אלה נשקלים, מסתם תהיה 1.033 ק"ג. המשמעות היא ש"לחץ אטמוספרי רגיל שווה ל-1.033 ק"ג/ס"מ, שבמערכת SI שווה ערך ל-103.3 kPa *. (* במערכת SI, יחידת הלחץ היא פסקל (Pa). אם יש צורך בהמרה, משתמשים ביחסים: 1 kgf / cm1 \u003d 105 Pa \u003d 102 kPa \u003d \u003d * 0.1 MPa.).

עם זאת, בפועל של חישובי צלילה, זה לא נוח להשתמש ביחידות מדידה מדויקות כאלה. לכן, יחידת הלחץ נלקחת כלחץ השווה מספרית ל-1 kgf / cm2, אשר נקרא האטמוספירה הטכנית (at). אטמוספרה טכנית אחת מתאימה ללחץ של 10 מ' של עמוד מים.

האוויר נדחס בקלות כאשר הלחץ עולה, ומפחית את הנפח ביחס ללחץ. לחץ אוויר דחוס נמדד עם מדי לחץ שמראים לחץ יתר , כלומר לחץ מעל האטמוספירה. יחידת לחץ יתר מסומנת אטי. סכום הלחץ העודף והלחץ האטמוספרי נקרא לחץ אבסולוטי(אטא).

בתנאים יבשתיים רגילים, אוויר מכל הצדדים לוחץ באופן שווה על אדם. בהתחשב בכך ששטח הגוף האנושי הוא בממוצע 1.7-1.8 מ"ר, כוח לחץ האוויר הנופל עליו הוא 17-18 אלף ק"ג (17-18 טפ). אולם אדם אינו חש בלחץ זה, שכן גופו מורכב ב-70% מנוזלים בלתי ניתנים לדחיסה, ובחללים הפנימיים - ריאות, אוזן תיכונה וכו' - הוא מאוזן בלחץ הנגד של האוויר שנמצא שם ומתקשר עם האווירה.

בטבילה במים, אדם נחשף ללחץ עודף מעמוד מים מעליו, שגדל ב-1 ati כל 10 מ'. שינויים בלחץ עלולים לגרום לכאבים ודחיסה, כדי למנוע אותם על הצולל לספק אוויר לנשימה בלחץ. שווה לסביבת הלחץ המוחלט.

מכיוון שצוללנים צריכים להתמודד עם אוויר דחוס או תערובות גז, ראוי להיזכר בחוקים הבסיסיים שהם מצייתים להם ולתת כמה נוסחאות הדרושות לחישובים מעשיים.

אוויר, כמו גזים אמיתיים אחרים ותערובות גזים, בקירוב מסוים, מציית לחוקים פיזיקליים שתקפים לחלוטין עבור גזים אידיאליים.

ציוד צלילה

ציוד צלילה הוא אוסף של מכשירים ומוצרים הנלבש על ידי צולל כדי להבטיח חיים ועבודה בסביבה המימית לפרק זמן נתון.

ציוד צלילה מתאים למטרה אם הוא יכול לספק:

נשימה של אדם כאשר הוא מבצע עבודה מתחת למים;

בידוד והגנה תרמית מפני חשיפה למים קרים;

ניידות מספקת ומיקום יציב מתחת למים;

בטיחות במהלך טבילה, יציאה אל פני השטח ובתהליך העבודה;

חיבור מאובטח למשטח.

בהתאם למשימות שיש לפתור, ציוד הצלילה מחולק ל:

לפי עומק השימוש - לציוד לעומקים רדודים (בינוניים) ולעומק הים;

על פי השיטה של ​​אספקת תערובת גז הנשימה - לאוטונומי וצינור;

לפי שיטת ההגנה התרמית - לציוד בעל הגנה תרמית פסיבית, מחומם חשמלית ומים;

לפי שיטת הבידוד - לציוד עם חליפות צלילה אטומות למים וגזים מסוג "יבש" וסוג "רטוב" חדיר.

הרעיון השלם ביותר של התכונות הפונקציונליות של פעולת ציוד הצלילה ניתן על ידי הסיווג שלו לפי שיטת השמירה על הרכב תערובת הגז הדרושה לנשימה. הציוד מובחן כאן:

מְאֻורָר;

עם ערכת נשימה פתוחה;

עם דפוס נשימה סגור למחצה;

עם נשימה סגורה.

לאורך מרחקים ארוכים, אנרגיית הקול מתפשטת רק לאורך קרניים עדינות, שאינן נוגעות בקרקעית האוקיינוס ​​עד הסוף. במקרה זה, המגבלה שמטיל המדיום על טווח התפשטות הקול היא קליטתו במי הים. מנגנון הספיגה העיקרי קשור לתהליכי הרפיה המלווים את הפרת שיווי המשקל התרמודינמי בין יונים ומולקולות של מלחים המומסים במים על ידי גל אקוסטי. יש לציין כי התפקיד העיקרי בבליעה במגוון רחב של תדרי קול שייך למלח מגנזיום גופרתי MgSO4, אם כי באחוזים תכולתו במי הים קטנה למדי - כמעט פי 10 פחות מסלע NaCl, למשל. מלח, שלמרות זאת אינו ממלא תפקיד משמעותי בקליטת הקול.

הספיגה במי הים, באופן כללי, גדולה יותר ככל שתדירות הקול גבוהה יותר. בתדרים מ-3-5 עד 100 קילו-הרץ לפחות, שבהם שולט המנגנון הנ"ל, הקליטה פרופורציונלית לתדר בהספק של כ-3/2. בתדרים נמוכים יותר, מופעל מנגנון ספיגה חדש (ייתכן עקב הימצאות מלחי בורון במים), שהופך בולט במיוחד בטווח של מאות הרץ; כאן, רמת הקליטה גבוהה באופן חריג ויורדת הרבה יותר לאט עם ירידה בתדירות.

כדי לדמיין בצורה ברורה יותר את המאפיינים הכמותיים של ספיגה במי ים, נציין שבשל אפקט זה, צליל בתדר של 100 הרץ מוחלש בגורם של 10 בנתיב של 10 אלף ק"מ, ובתדירות של 10 קילו-הרץ. - במרחק של 10 ק"מ בלבד (איור 2). לפיכך, ניתן להשתמש רק בגלי קול בתדר נמוך לתקשורת תת-ימית ארוכת טווח, לגילוי מכשולים תת-מימיים לטווח ארוך וכדומה.

איור 2 - מרחקים שבהם צלילים בתדרים שונים מוחלשים פי 10 בעת התפשטות במי ים.

באזור הצלילים הנשמעים לטווח התדרים 20-2000 הרץ טווח ההתפשטות מתחת למים של צלילים בעוצמה בינונית מגיע ל-15-20 ק"מ, ובאזור האולטרסאונד - 3-5 ק"מ.

בהתבסס על ערכי הנחתת הקול שנצפו בתנאי מעבדה בכמויות קטנות של מים, ניתן לצפות לטווחים גדולים בהרבה. עם זאת, בתנאים טבעיים, בנוסף לשיכוך עקב תכונות המים עצמם (מה שנקרא שיכוך צמיג), גם פיזורם וספיגתם על ידי אי-הומוגניות שונות של התווך משפיעים.

שבירה של הקול, או עקמומיות המסלול של אלומת הקול, נגרמת מהטרוגניות של תכונות המים, בעיקר לאורך האנכי, בשל שלוש סיבות עיקריות: שינויים בלחץ ההידרוסטטי עם העומק, שינויים במליחות, ו שינויים בטמפרטורה עקב חימום לא אחיד של מסת המים על ידי קרני השמש. כתוצאה מהפעולה המשולבת של גורמים אלו, מהירות התפשטות הקול, שהיא כ-1450 מ' לשנייה למים מתוקים וכ-1500 מ' לשנייה למי ים, משתנה עם העומק, וחוק השינוי תלוי בעונה , שעה ביום, עומק המאגר ועוד מספר סיבות. קרני הקול היוצאות מהמקור בזווית כלשהי אל האופק מכופפות, וכיוון העיקול תלוי בהתפלגות מהירויות הקול בתווך. בקיץ, כאשר השכבות העליונות חמות יותר מהתחתונות, הקרניים מתכופפות ומוחזרות בעיקר מלמטה ומאבדות חלק ניכר מהאנרגיה שלהן. להיפך, בחורף, כאשר השכבות התחתונות של המים שומרות על הטמפרטורה שלהן, בעוד השכבות העליונות מתקררות, הקרניים מתכופפות כלפי מעלה ועוברות השתקפויות מרובות מפני השטח של המים, שבמהלכן אובדת הרבה פחות אנרגיה. לכן, בחורף, מרחק התפשטות הקול גדול יותר מאשר בקיץ. עקב שבירה, מה שנקרא. אזורים מתים, כלומר אזורים הממוקמים קרוב למקור בהם אין שמיעה.

נוכחות השבירה, לעומת זאת, עלולה להוביל לעלייה בטווח התפשטות הקול – תופעת התפשטות צלילים ארוכה במיוחד מתחת למים. בעומק מסוים מתחת לפני המים ישנה שכבה שבה מתפשט הקול במהירות הנמוכה ביותר; מעל לעומק זה, מהירות הקול עולה עקב עלייה בטמפרטורה, ומתחת לזה, עקב עלייה בלחץ ההידרוסטטי עם העומק. שכבה זו היא מעין ערוץ קול תת מימי. אלומה שסטתה מציר התעלה למעלה או למטה, עקב שבירה, נוטה תמיד לחזור לתוכה. אם ממוקמים בשכבה זו מקור קול ומקלט, אז אפילו צלילים בעוצמה בינונית (למשל פיצוצים של מטענים קטנים של 1-2 ק"ג) יכולים להיקלט במרחקים של מאות ואלפי קילומטרים. ניתן להבחין בעלייה משמעותית בטווח התפשטות הקול בנוכחות ערוץ קול תת-מימי כאשר מקור הקול והמקלט ממוקמים לא בהכרח ליד ציר הערוץ, אלא, למשל, ליד פני השטח. במקרה זה, הקרניים, נשברות כלפי מטה, נכנסות לשכבות העמוקות, שם הן סוטה כלפי מעלה ויוצאות שוב אל פני השטח במרחק של כמה עשרות קילומטרים מהמקור. יתר על כן, דפוס ההתפשטות של קרניים חוזר על עצמו, וכתוצאה מכך, רצף של מה שנקרא. אזורים מוארים משניים, שבדרך כלל נראים למרחקים של כמה מאות ק"מ.

התפשטות צלילים בתדר גבוה, בפרט אולטרסאונד, כאשר אורכי הגל קטנים מאוד, מושפעת מאי-הומוגניות קטנות שנמצאות בדרך כלל במאגרים טבעיים: מיקרואורגניזמים, בועות גז וכו'. אי-הומוגניות אלו פועלות בשתי דרכים: הן סופגות ומפזרות את האנרגיה של גלי קול. כתוצאה מכך, עם עלייה בתדירות תנודות הקול, טווח ההתפשטות שלהם מצטמצם. השפעה זו בולטת במיוחד בשכבת פני המים, שבה יש הכי הרבה אי-הומוגניות. פיזור הקול על ידי אי-הומוגניות, כמו גם על-ידי אי-סדירות במשטח המים ובקרקעית, גורם לתופעה של הדהוד תת-מימי המלווה בשליחת דחף קול: גלי קול, המשקפים משילוב של אי-הומוגניות והתמזגות, נותנים עיכוב של דחף הצליל, הנמשך לאחר סיומו, בדומה להדהוד הנצפה בחללים סגורים. הדהוד תת מימי הוא הפרעה משמעותית למדי עבור מספר יישומים מעשיים של הידרואקוסטיקה, במיוחד עבור סונאר.

הגבולות של טווח ההתפשטות של צלילים מתחת למים מוגבלים גם על ידי מה שנקרא. רעשי ים משלהם, שמקורם כפול. חלק מהרעש נובע מפגיעת גלים על פני המים, מהגלישה, מרעש של חלוקים מתגלגלים וכו'. החלק השני קשור לבעלי החיים הימיים; זה כולל צלילים המופקים על ידי דגים וחיות ימיות אחרות.

קול עובר דרך גלי קול. גלים אלו עוברים לא רק דרך גזים ונוזלים, אלא גם דרך מוצקים. הפעולה של כל גל היא בעיקר בהעברת אנרגיה. במקרה של קול, התחבורה לובשת צורה של תנועות דקות ברמה המולקולרית.

בגזים ובנוזלים, גל קול מעביר מולקולות לכיוון תנועתו, כלומר לכיוון אורך הגל. במוצקים, תנודות קול של מולקולות יכולות להתרחש גם בכיוון הניצב לגל.

גלי קול מתפשטים ממקורותיהם לכל הכיוונים, כפי שמוצג באיור מימין, המראה פעמון מתכת שמתנגש מעת לעת בלשונו. התנגשויות מכניות אלו גורמות לפעמון לרטוט. אנרגיית התנודות מוענקת למולקולות האוויר שמסביב, והן נדחפות מהפעמון. כתוצאה מכך עולה הלחץ בשכבת האוויר הצמודה לפעמון, אשר לאחר מכן מתפשט בגלים לכל הכיוונים מהמקור.

מהירות הקול אינה תלויה בעוצמת הקול או בטון. כל הצלילים מהרדיו בחדר, בין אם הם חזקים ובין אם רכים, גבוהים או נמוכים, מגיעים למאזין באותו הזמן.

מהירות הקול תלויה בסוג המדיום שבו הוא מתפשט ובטמפרטורה שלו. בגזים, גלי קול נעים באיטיות מכיוון שהמבנה המולקולרי הנדיר שלהם אינו מתנגד לדחיסה. בנוזלים, מהירות הקול עולה, ובמוצקים היא נעשית מהירה עוד יותר, כפי שמוצג בתרשים למטה במטרים לשנייה (מ/ש).

נתיב גלים

גלי קול מתפשטים באוויר באופן דומה לזה שמוצג בתרשימים מימין. חזיתות גל נעות מהמקור במרחק מסוים זו מזו, הנקבע על פי תדירות תנודות הפעמון. התדירות של גל קול נקבעת על ידי ספירת מספר חזיתות הגל העוברות דרך נקודה נתונה ליחידת זמן.

חזית גלי הקול מתרחקת מהפעמון הרוטט.

באוויר מחומם באופן אחיד, הקול עובר במהירות קבועה.

החזית השנייה עוקבת אחרי הראשונה במרחק שווה לאורך הגל.

עוצמת הצליל היא מקסימלית ליד המקור.

ייצוג גרפי של גל בלתי נראה

צליל צליל של המעמקים

קרן של קרני סונאר, המורכבת מגלי קול, עוברת בקלות דרך מי האוקיינוס. עקרון הפעולה של הסונאר מבוסס על העובדה שגלי קול קופצים מקרקעית האוקיינוס; מכשיר זה משמש בדרך כלל לקביעת תכונות התבליט התת-מימי.

מוצקים אלסטיים

צליל מתפשט בצלחת עץ. המולקולות של רוב המוצקים קשורות לסריג מרחבי אלסטי, הנדחס בצורה גרועה ובו בזמן מאיץ את מעבר גלי הקול.