Защо звукът се разпространява по-бързо във водата, отколкото във въздуха? Как звукът пътува през пространството.
Разпространение на звука във водата
ПОДВЕН РИБОВ
Разпространение на звука във водата .
Звукът се разпространява пет пъти по-бързо във водата, отколкото във въздуха. Средната скоросте равна на 1400 - 1500 м/сек (скоростта на звука във въздуха е 340 м/сек). Изглежда, че чуваемостта във водата също се подобрява. Всъщност това далеч не е така. В края на краищата силата на звука не зависи от скоростта на разпространение, а от амплитудата на звуковите вибрации и възприемащата способност на слуховите органи. Органът на Корти, който се състои от слухови клетки, се намира в кохлеята на вътрешното ухо. Звуковите вълни вибрират тъпанчето, слуховите костици и мембраната на кортиевия орган. От космените клетки на последния, които възприемат звукови вибрации, нервната стимулация отива към слуховия център, разположен в темпоралния лоб на мозъка.
Звуковата вълна може да навлезе във вътрешното ухо на човека по два начина: чрез въздушна проводимост през външния слухов проход, тъпанчето и костилките на средното ухо и чрез костна проводимост - вибрация на костите на черепа. На повърхността преобладава въздушната проводимост, а под водата – костната. Простият опит ни убеждава в това. Покрийте двете уши с дланите на ръцете си. На повърхността чуваемостта ще се влоши рязко, но под водата това не се наблюдава.
Така че под водата звуците се възприемат предимно чрез костна проводимост. Теоретично това се обяснява с факта, че акустичното съпротивление на водата се доближава до акустичното съпротивление на човешката тъкан. Следователно загубите на енергия по време на прехода звукови вълнивода в костите на главата на човек е по-малко, отколкото във въздуха. Въздушната проводимост почти изчезва под водата, тъй като външният слухов канал е пълен с вода, а малък слой въздух близо до тъпанчето слабо предава звуковите вибрации.
Експериментите показват, че костната проводимост е с 40% по-ниска от тази на въздуха. Следователно чуваемостта под вода като цяло се влошава. Диапазонът на чуваемост с костна проводимост на звука зависи не толкова от силата, колкото от тоналността: колкото по-висок е тонът, толкова по-далеч се чува звукът.
Подводният свят за хората е свят на тишина, където няма външни шумове. Следователно най-простите звукови сигнали могат да се възприемат под вода на значителни разстояния. Човек чува удар върху метална кутия, потопена във вода на разстояние 150-200 m, звук на дрънкалка на 100 m и камбана на 60 m.
Звуците, издавани под вода, обикновено не се чуват на повърхността, точно както звуците отвън не се чуват под водата. За да възприемате подводни звуци, трябва да сте поне частично потопени. Ако влезеш във водата до колене, започваш да долавяш звук, който не е бил чуван преди. Докато се гмуркате, силата на звука се увеличава. Особено се чува, когато главата е потопена.
За да изпращате звукови сигнали от повърхността, трябва да спуснете източника на звук във водата поне наполовина и силата на звука ще се промени. Ориентирането под вода по ухо е изключително трудно. Във въздуха звукът навлиза в едното ухо 0,00003 секунди по-рано, отколкото в другото. Това ви позволява да определите местоположението на източника на звук с грешка от само 1-3 °. Под вода звукът се възприема едновременно от двете уши и следователно не се получава ясно, насочено възприятие. Грешката в ориентацията може да бъде 180°.
В специално организиран експеримент само отделни леководолази след дълги скитания и... търсенията отидоха до местоположението на източника на звук, който се намираше на 100-150 м от тях. Беше отбелязано, че системното обучение за дълго време позволява да се развие способността за доста точно навигиране по звук под вода. Въпреки това, веднага щом обучението спре, резултатите от него се анулират.
3281 търкайте
305 търкайте
Комплектът термобельо (джъмпър и клин) е изработен от висококачествени материали. Джъмпър с дълъг ръкав. Клин с маншети, декоративен ластик на талията 2,5 см. Състав: поливискоза - 50%, полиестер - 50%.
1950 търкайте
Термо бельо Norfin Thermo Line.
Дишащо, тънко, отделно термо бельо за висока активност. Носена на голо тяло. Може да се използва за ежедневно носене в хладно време.
Особености:
Еластичен колан.
Еластични маншети на ръкавите и панталона.
1216 търкайте
Повечето хора разбират много добре какво е звук. Той е свързан със слуха и е свързан с физиологични и психологически процеси. Мозъкът обработва усещанията, които идват през органите на слуха. Скоростта на звука зависи от много фактори.
Звуци, отличаващи се от хората
В общия смисъл на думата звукът е физическо явление, което причинява ефекти върху органите на слуха. Има формата на надлъжни вълни с различни честоти. Хората могат да чуят звук, чиято честота варира от 16-20 000 Hz. Тези еластични надлъжни вълни, които се разпространяват не само във въздуха, но и в други среди, достигайки до човешкото ухо, предизвикват звукови усещания. Хората не могат да чуят всичко. Еластични вълни с честота под 16 Hz се наричат инфразвук, а над 20 000 Hz ултразвук. Човешкото ухо не ги чува.
Звукови характеристики
Има две основни характеристики на звука: обем и височина. Първият от тях е свързан с интензитета на еластичната звукова вълна. Има още един важен показател. Физически размер, която характеризира височината, е честотата на трептене на еластичната вълна. В този случай важи едно правило: колкото по-голямо е, толкова по-висок е звукът и обратно. Друга важна характеристика е скоростта на звука. IN различни средио, може да е различно. Представлява скоростта на разпространение на еластичните звукови вълни. В газообразна среда тази цифра ще бъде по-малка, отколкото в течности. Скоростта на звука в твърди тела е най-висока. Освен това за надлъжните вълни тя винаги е по-голяма, отколкото за напречните.
Скоростта на разпространение на звуковите вълни
Този индикатор зависи от плътността на средата и нейната еластичност. В газообразни среди се влияе от температурата на веществото. По правило скоростта на звука не зависи от амплитудата и честотата на вълната. В редки случаи, когато тези характеристики оказват влияние, те говорят за така наречената дисперсия. Скоростта на звука в пари или газове варира от 150-1000 m/s. В течни среди вече е 750-2000 m/s, а в твърди материали - 2000-6500 m/s. IN нормални условияскоростта на звука във въздуха достига 331 m/s. В обикновена вода - 1500 m/s.
Скорост на звуковите вълни в различни химични среди
Скоростта на разпространение на звука в различните химични среди не е еднаква. И така, в азота е 334 m/s, във въздуха - 331, в ацетилена - 327, в амоняка - 415, във водорода - 1284, в метана - 430, в кислорода - 316, в хелия - 965, във въглеродния оксид - 338, във въглероден диоксид - 259, в хлор - 206 m/s. Скоростта на звуковата вълна в газообразна среда се увеличава с повишаване на температурата (T) и налягането. В течности най-често намалява с увеличаване на T с няколко метра в секунда. Скорост на звука (m/s) в течна среда (при температура 20°C):
Вода - 1490;
Етилов алкохол - 1180;
Бензол - 1324;
Меркурий - 1453;
Тетрахлорметан - 920;
Глицерин - 1923г.
Единственото изключение от горното правило е водата, в която скоростта на звука нараства с повишаване на температурата. Той достига своя максимум, когато тази течност се нагрее до 74°C. При по-нататъшно повишаване на температурата скоростта на звука намалява. С увеличаване на налягането то ще се увеличи с 0,01%/1 Atm. В соленото морска водаС увеличаване на температурата, дълбочината и солеността скоростта на звука също ще се увеличи. В други среди този индикатор се променя по различен начин. Така в смес от течност и газ скоростта на звука зависи от концентрацията на неговите компоненти. В изотопно твърдо вещество тя се определя от неговата плътност и еластични модули. В неограничен плътни средиРазпространяват се напречни (срязващи) и надлъжни еластични вълни. Скорост на звука (m/s) в твърди тела (надлъжни/напречни вълни):
Стъкло - 3460-4800/2380-2560;
Топен кварц - 5970/3762;
Бетон - 4200-5300/1100-1121;
Цинк - 4170-4200/2440;
Тефлон - 1340/*;
Желязо - 5835-5950/*;
Злато - 3200-3240/1200;
Алуминий - 6320/3190;
Сребро - 3660-3700/1600-1690;
Месинг - 4600/2080;
Никел - 5630/2960.
При феромагнетиците скоростта на звуковата вълна зависи от силата на магнитното поле. В монокристалите скоростта на звуковата вълна (m/s) зависи от посоката на нейното разпространение:
- рубин (надлъжна вълна) - 11240;
- кадмиев сулфид (надлъжно/напречно) - 3580/4500;
- литиев ниобат (надлъжен) - 7330.
Скоростта на звука във вакуум е 0, тъй като той просто не се разпространява в такава среда.
Определяне на скоростта на звука
Всичко, свързано със звуковите сигнали, е интересувало нашите предци преди хиляди години. Почти всички изключителни учени са работили, за да определят същността на това явление. древен свят. Дори древните математици са установили, че звукът се причинява от колебателните движения на тялото. Евклид и Птолемей пишат за това. Аристотел установява, че скоростта на звука има крайна стойност. Първите опити за определяне на този показател са направени от Ф. Бейкън през 17 век. Той се опита да установи скоростта, като сравни интервалите от време между звука на изстрела и светкавицата. Въз основа на този метод група физици от Парижката академия на науките за първи път определиха скоростта на звукова вълна. При различни експериментални условия тя беше 350-390 m/s. Теоретичната обосновка на скоростта на звука е разгледана за първи път от И. Нютон в неговите „Принципи“. P.S. успя да определи правилно този показател. Лаплас.
Формули за скорост на звука
За газообразни среди и течности, в които звукът се разпространява, като правило, адиабатично, температурната промяна, свързана с разтягане и компресия в надлъжна вълна, не може бързо да се изравни кратък периодвреме. Очевидно този показател се влияе от няколко фактора. Скоростта на звуковата вълна в хомогенна газообразна среда или течност се определя по следната формула:
където β е адиабатната свиваемост, ρ е плътността на средата.
При частичните производни това количество се изчислява по следната формула:
c 2 = -υ 2 (δρ/δυ) S = -υ 2 Cp/Cυ (δρ/δυ) T,
където ρ, T, υ - налягането на средата, нейната температура и специфичен обем; S - ентропия; Cp - изобарен топлинен капацитет; Cυ - изохоричен топлинен капацитет. За газови среди тази формула ще изглежда така:
c 2 = ζkT/m= ζRt/M = ζR(t + 273.15)/M = ά 2 T,
където ζ е адиабатната стойност: 4/3 за многоатомни газове, 5/3 за едноатомни газове, 7/5 за двуатомни газове (въздух); R - газова константа (универсална); T- абсолютна температура, измерено в келвини; k е константата на Болцман; t - температура в °C; М- моларна маса; м- молекулна маса; ά 2 = ζR/ M.
Определяне на скоростта на звука в твърдо тяло
В твърдо тяло, което е хомогенно, има два вида вълни, които се различават по поляризацията на вибрациите във връзка с посоката на тяхното разпространение: напречни (S) и надлъжни (P). Скоростта на първия (C S) винаги ще бъде по-ниска от втората (C P):
C P 2 = (K + 4/3G)/ρ = E(1 - v)/(1 + v)(1-2v)ρ;
C S 2 = G/ρ = E/2(1 + v)ρ,
където K, E, G - модули на компресия, Young, срязване; v - коефициент на Поасон. При изчисляване на скоростта на звука в твърдо тяло се използват адиабатни еластични модули.
Скорост на звука в многофазна среда
В многофазните среди, поради нееластичното поглъщане на енергия, скоростта на звука е в пряка зависимост от честотата на вибрациите. В двуфазна пореста среда се изчислява с помощта на уравненията на Био-Николаевски.
Заключение
Измерването на скоростта на звуковата вълна се използва за определяне на различни свойства на веществата, като модул на еластичност на твърдо тяло, свиваемост на течности и газове. Чувствителен метод за откриване на примеси е измерването на малки промени в скоростта на звуковата вълна. В твърдите тела, колебанието на този индикатор позволява да се изследва лентовата структура на полупроводниците. Скоростта на звука е много важна величина, чието измерване ни позволява да научим много за голямо разнообразие от медии, тела и други обекти научно изследване. Без способността да се определи много научни открития биха били невъзможни.
Ако звуковата вълна не срещне препятствия по пътя си, тя се разпространява равномерно във всички посоки. Но не всяка пречка се превръща в бариера за нея.
Срещайки препятствие по пътя си, звукът може да се огъне около него, да бъде отразен, пречупен или погълнат.
Дифракция на звука
Можем да говорим с човек, който стои зад ъгъла на сграда, зад дърво или зад ограда, въпреки че не го виждаме. Чуваме го, защото звукът може да се огъва около тези обекти и да прониква в областта зад тях.
Способността на вълната да се огъва около препятствие се нарича дифракция .
Дифракция възниква, когато дължината на звуковата вълна надвишава размера на препятствието. Нискочестотните звукови вълни са доста дълги. Например при честота 100 Hz тя е равна на 3,37 м. С намаляването на честотата дължината става още по-голяма. Следователно звуковата вълна лесно се огъва около обекти, сравними с нея. Дърветата в парка изобщо не пречат на чуването на звука, тъй като диаметрите на стволовете им са много по-малки от дължината на звуковата вълна.
Благодарение на дифракцията звуковите вълни проникват през пукнатини и дупки в препятствие и се разпространяват зад тях.
Нека поставим плосък екран с дупка по пътя на звуковата вълна.
В случай, че дължината на звуковата вълна ƛ много по-голям от диаметъра на отвора д , или тези стойности са приблизително равни, тогава зад дупката звукът ще достигне до всички точки в областта, която е зад екрана (област на звукова сянка). Предната част на изходящата вълна ще изглежда като полукълбо.
Ако ƛ е само малко по-малък от диаметъра на процепа, тогава основната част от вълната се разпространява направо и не повечето отлеко се разминава в страни. И в случай, когато ƛ много по-малко д , цялата вълна ще върви в посока напред.
Отражение на звука
Възможно е, ако звукова вълна удари интерфейса между две медии различни вариантинея по-нататъшно разпространение. Звукът може да се отразява от интерфейса, може да се премести в друга среда, без да променя посоката, или може да бъде пречупен, т.е. да се движи, променяйки посоката си.
Да предположим, че на пътя на звукова вълна се появява препятствие, чийто размер е много по-голям от дължината на вълната, например отвесна скала. Как ще се държи звукът? Тъй като не може да заобиколи това препятствие, то ще се отрази от него. Зад препятствието е зона на акустична сянка .
Звукът, отразен от препятствие, се нарича ехо .
Характерът на отражението на звуковата вълна може да бъде различен. Зависи от формата на отразяващата повърхност.
Отражение наречена промяна в посоката на звукова вълна на границата между две различни среди. При отражение вълната се връща в средата, от която е дошла.
Ако повърхността е плоска, звукът се отразява от нея по същия начин, както лъч светлина се отразява в огледало.
Звуковите лъчи, отразени от вдлъбната повърхност, се фокусират в една точка.
Изпъкналата повърхност разсейва звука.
Ефектът на дисперсия се дава от изпъкнали колони, големи корнизи, полилеи и др.
Звукът не преминава от една среда в друга, а се отразява от нея, ако плътността на средата се различава значително. По този начин звукът, който се появява във водата, не се пренася във въздуха. Отразена от интерфейса, тя остава във водата. Човек, стоящ на брега на реката, няма да чуе този звук. Това е обяснено голяма разликавълново съпротивление на вода и въздух. В акустиката вълновият импеданс е равен на произведението от плътността на средата и скоростта на звука в нея. Тъй като вълновото съпротивление на газовете е значително по-малко от вълновото съпротивление на течности и твърди вещества, когато звукова вълна удари границата между въздух и вода, тя се отразява.
Рибите във вода не чуват звука, появяващ се над повърхността на водата, но могат ясно да различат звука, чийто източник е тяло, вибриращо във водата.
Пречупване на звука
Промяната на посоката на разпространение на звука се нарича пречупване . Това явление възниква, когато звукът преминава от една среда в друга и скоростта му на разпространение в тези среди е различна.
Съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на отражение е равно на съотношението на скоростите на разпространение на звука в средата.
Където аз - ъгъл на падане,
r – ъгъл на отражение,
v 1 – скоростта на разпространение на звука в първата среда,
v 2 – скоростта на разпространение на звука във втората среда,
н – индекс на пречупване.
Пречупването на звука се нарича пречупване .
Ако звукова вълна не пада перпендикулярно на повърхността, а под ъгъл, различен от 90°, тогава пречупената вълна ще се отклони от посоката на падащата вълна.
Пречупването на звука може да се наблюдава не само на границата между медиите. Звуковите вълни могат да променят посоката си в разнородна среда - атмосфера, океан.
В атмосферата пречупването се причинява от промени в температурата на въздуха, скоростта и посоката на движение въздушни маси. И в океана се появява поради разнородността на свойствата на водата - различно хидростатично налягане на различни дълбочини, различни температурии различна соленост.
Звукопоглъщане
Когато звукова вълна срещне повърхност, част от нейната енергия се абсорбира. И колко енергия може да абсорбира една среда може да се определи чрез познаване на коефициента на звукопоглъщане. Този коефициент показва каква част от енергията на звуковите вибрации се поглъща от 1 m2 препятствие. Има стойност от 0 до 1.
Мерната единица за звукопоглъщане се нарича сабин . Името си получи от американския физик Уолъс Клемент Сабин, основател на архитектурната акустика. 1 sabin е енергията, която се абсорбира от 1 m 2 повърхност, чийто коефициент на поглъщане е 1. Тоест, такава повърхност трябва да абсорбира абсолютно цялата енергия на звуковата вълна.
Реверберация
Уолъс Сабин
Свойството на материалите да поглъщат звука намира широко приложение в архитектурата. Докато изучава акустиката на лекционната зала, част от музея Фог, Уолъс Клемент Сабин заключава, че има връзка между размера на залата, акустичните условия, вида и площта на звукопоглъщащите материали и време на реверберация .
Реверберация наричаме процеса на отразяване на звукова вълна от препятствия и нейното постепенно затихване след изключване на източника на звук. В затворено пространство звукът може да се отразява многократно от стени и предмети. В резултат на това възникват различни ехо сигнали, всеки от които звучи като отделно. Този ефект се нарича ефект на реверберация .
Повечето важна характеристикапомещения е време на реверберация , който Сабин въведе и изчисли.
Където V – обем на помещението,
А – общо звукопоглъщане.
Където a i – коефициент на звукопоглъщане на материала,
S i - площ на всяка повърхност.
Ако времето за реверберация е дълго, звуците сякаш „скитат“ из залата. Те се припокриват, заглушават основния източник на звук и залата бумти. С кратко време на реверберация, стените бързо абсорбират звуците и те стават скучни. Следователно всяка стая трябва да има свое точно изчисление.
Въз основа на своите изчисления Сабин подреди звукопоглъщащите материали по такъв начин, че „ефектът на ехото“ да бъде намален. А Бостънската симфонична зала, при създаването на която той е акустичен консултант, все още се смята за една от най-добрите зали в света.
Въпроси.
1. С каква честота вибрира тъпанчето на ухото на човек, когато звукът достигне до него?
Тъпанчето на човешкото ухо вибрира с честотата на звука, който идва до него.
2. Каква вълна - надлъжна или напречна - се разпространява във въздуха? във вода?
Във въздуха и водата звукът се разпространява в надлъжни вълни.
3. Дайте пример, показващ, че звуковата вълна не се разпространява моментално, а с определена скорост.
Най-очевидният пример е светкавицата, а след това и последвалата я гръмотевица.
4. Каква е скоростта на разпространение на звука във въздуха при 20 °C?
Скоростта на звука във въздуха при 20°C е 343 m/s 2 .
5. Скоростта на звука зависи ли от средата, в която се разпространява?
V =340 m/s. Да, зависи.
Упражнения.
1. Определете скоростта на звука във вода, ако източник, който трепти с период от 0,002 s, възбужда вълни във вода с дължина 2,9 m.
2. Определете дължината на вълната на звукова вълна с честота 725 Hz във въздух, вода и стъкло.
3. Единият край на дълга метална тръба е ударен веднъж с чук. Ще достигне ли звукът от удара до другия край на тръбата през метала? през въздуха вътре в тръбата? Колко удара ще чуе човек, стоящ в другия край на тръбата?
Човекът ще чуе две почуквания. Единият звук ще дойде до него през метална тръба, а другият през въздуха.
4. Наблюдател, стоящ наблизо прав участък железопътна линия, видя пара над свирката на парен локомотив, летящ в далечината. 2 секунди след появата на парата той чу звука на свирка и след 34 секунди локомотивът премина покрай наблюдателя. Определете скоростта на локомотива.
5. Наблюдателят се отдалечава от камбаната, която се удря всяка секунда. Първоначално видимото и звуковото въздействие съвпадат. Тогава те спират да съвпадат. Тогава на известно разстояние на наблюдател от камбаната видимият и звуковият удар отново съвпадат. Обяснете това явление.
Звукът се разбира като еластични вълни, разположени в обхвата на чуваемост на човешкото ухо, в диапазона на трептене от 16 Hzдо 20 kHz.Трептения с честота под 16 Hzнаречен инфразвук, над 20 kHz- ултразвук.
В сравнение с въздуха водата е по-плътна и по-малко свиваема. В тази връзка скоростта на звука във вода е четири и половина пъти по-голяма от тази във въздуха и е 1440 м/сек.Честота на звукови вибрации (гол)е свързано с дължината на вълната (ламбда) чрез връзката: ° С= ламбда-ну.Звукът се разпространява във вода без дисперсия. Скоростта на звука във водата варира в зависимост от два параметъра: плътност и температура. Промяната на температурата с 1° води до съответно изменение на скоростта на звука с 3,58 м за секунда. Ако наблюдавате скоростта на разпространение на звука от повърхността до дъното, се оказва, че първо, поради намаляване на температурата, тя бързо намалява, достигайки минимум на определена дълбочина, а след това, с дълбочина, започва бързо да се увеличава поради увеличаване на налягането на водата, което, както е известно, се увеличава с приблизително 1 банкомат за всеки 10 м дълбочини.
Започвайки от дълбочина приблизително 1200 м, където температурата на водата остава практически постоянна, скоростта на звука се променя поради промени в налягането. „На дълбочина около 1200 м (за Атлантическия океан), има минимална стойност за скоростта на звука; На по-голяма дълбочина, поради увеличаване на налягането, скоростта на звука отново се увеличава. Тъй като звуковите лъчи винаги се огъват към области на средата, където скоростта им е най-ниска, те се концентрират в слоя с минимална скорост на звука” (Красилников, 1954). Този слой, открит от съветските физици Л. Д. Розенберг и Л. М. Brekhovskikh, се нарича "подводен звуков канал". Звукът, влизащ в звуковия канал, може да премине на огромни разстояния без затихване. Тази характеристика трябва да се има предвид, когато се разглежда акустичната сигнализация на дълбоководни риби.
Звукопоглъщането във водата е 1000 пъти по-малко, отколкото във въздуха. Източник на звук във въздуха с мощност 100 kWвъв вода може да се чуе на разстояние до 15 км; във водата източникът на звук е 1 kWможе да се чуе на разстояние 30-40 км.Звуците с различни честоти се абсорбират по различен начин: високочестотните звуци се абсорбират най-силно, а нискочестотните - най-бързо. Ниското звукопоглъщане във водата направи възможно използването му за сонар и сигнализация. Водните пространства са изпълнени с голям брой различни звуци. Звуците на резервоарите на Световния океан, както показва американският хидроакустик Уенц (Wenz, 1962), възникват във връзка със следните фактори: приливи и отливи, течения, вятър, земетресения и цунами, промишлена човешка дейност и биологичен живот. Естеството на шума, създаван от различни фактори, се различава както в набора от звукови честоти, така и в тяхната интензивност. На фиг. Фигура 2 показва зависимостта на спектъра и нивото на налягане на звуците на Световния океан от факторите, които ги причиняват.
В различните части на Световния океан съставът на шума се определя от различни компоненти. Голямо влияниеВ същото време съставът на звуците се влияе от дъното и бреговете.
Така съставът и интензивността на шума в различните части на Световния океан са изключително разнообразни. Съществуват емпирични формули, показващи зависимостта на интензивността на морския шум от интензивността на факторите, които ги предизвикват. Въпреки това, в практически целиОкеанският шум обикновено се измерва емпирично.
Трябва да се отбележи, че сред звуците на Световния океан най-интензивни са промишлените звуци, създадени от човека: шумът на кораби, тралове и др. Според Шейн (1964) тяхната интензивност е 10-100 пъти по-висока от другите звуците на световния океан. Въпреки това, както се вижда от фиг. 2, техният спектрален състав е малко по-различен от спектралния състав на звуците, причинени от други фактори.
Когато се разпространяват във вода, звуковите вълни могат да се отразяват, пречупват, поглъщат, да изпитват дифракция и смущения.
Когато срещнат препятствие по пътя си, звуковите вълни могат да се отразят от него, ако тяхната дължина на вълната е такава (ламбда)по-малки от размера на препятствието или го заобикалят (дифрактират) в случай, че дължината на вълната им е по-голяма от препятствието. В този случай можете да чуете какво се случва зад препятствието, без да виждате директно източника. При падане върху препятствие звуковите вълни в един случай могат да се отразят, в друг - да проникнат в него (погълнати от него). Количеството енергия на отразената вълна зависи от това колко се различават едно от друго т. нар. акустични съпротивления на средата “р1с1” и “р2с2”, на границата на които попадат звуковите вълни. Акустичното съпротивление на дадена среда означава произведението на плътността на дадена среда p и скоростта на разпространение на звука св него. как повече разликаакустично съпротивление на средата, по-голямата част от енергията ще се отрази от границата на двете среди и обратно. В случай например на звук, падащ от въздуха, rsот които 41 във водата, rsкоето е 150 000, се отразява по формулата:
Във връзка с това звукът прониква в твърдо тяло много по-добре от водата, отколкото от въздуха. От въздуха до водата звукът прониква добре през храсти или тръстики, стърчащи над водната повърхност.
Поради отразяването на звука от препятствията и неговия вълнов характер, може да възникне добавяне или изваждане на амплитудите на звуковото налягане с еднакви честоти, достигащи до дадена точка в пространството. Важна последица от това добавяне (интерференция) е образуването на стоящи вълни при отражение. Ако например вибрирате с камертон, приближавайки и отдалечавайки го от стената, можете да чуете увеличаване и намаляване на силата на звука поради появата на антиноди и възли в звуковото поле. Обикновено стоящи вълнисе образуват в затворени контейнери: в аквариуми, басейни и др., когато източникът се озвучава относително дълго време.
В реални условия на морето или друг естествен водоем, по време на разпространението на звука се наблюдават множество сложни явления, които възникват поради разнородността на водната среда. Разпространението на звука в естествените водни басейни е силно повлияно от дъното и интерфейсите (вода - въздух), температурата и солната хетерогенност, хидростатичното налягане, въздушните мехурчета и планктонните организми. Интерфейсът между водата и въздуха и дъното, както и хетерогенността на водата, водят до явленията на пречупване (кривина на звуковите лъчи) или реверберация (многократно отразяване на звуковите лъчи).
Водни мехурчета, планктон и други суспендирани вещества допринасят за поглъщането на звука във водата. Количествено определянеТези многобройни фактори все още не са разработени. Необходимо е да се вземат предвид при извършване на акустични експерименти.
Нека сега разгледаме явленията, които се случват във водата, когато в нея се излъчва звук.
Нека си представим източник на звук като пулсираща сфера в безкрайно пространство. Акустичната енергия, излъчвана от такъв източник, се отслабва обратно пропорционално на квадрата на разстоянието от неговия център.
Енергията на получените звукови вълни може да се характеризира с три параметъра: скорост, налягане и изместване на вибриращи водни частици. Последните два параметъра са от особен интерес при разглеждането на слуховите способности на рибите, така че ще се спрем на тях по-подробно.
Според Harris и Berglijk (1962), разпространението на вълните на налягане и ефектите на изместване са представени по различен начин в близката (на разстояние по-малко от една дължина на звуковата вълна) и далечната (на разстояние повече от една дължина на звуковата вълна) акустика поле.
В далечното акустично поле налягането се отслабва обратно пропорционално на разстоянието от източника на звук. В този случай в далечното акустично поле амплитудите на изместване са правопропорционални на амплитудите на налягането и са свързани помежду си по формулата:
Където Р - акустично налягане в din/cm2;
д- количеството на изместване на частиците в см.
В близкото акустично поле връзката между амплитудите на налягането и изместването е различна:
Където Р-акустично налягане в din/cm2;
д - големината на изместването на водните частици в см;
f - честота на трептене в Hz;
rs- акустична устойчивост на вода, равна на 150 000 g/cm 2 сек 2;
ламбда- дължина на звуковата вълна в м; r - разстояние от центъра на пулсиращата сфера;
аз= SQR аз
Формулата показва, че амплитудата на изместването в близкото акустично поле зависи от дължината на вълната, звука и разстоянието от източника на звук.
При разстояния, по-къси от дължината на вълната на въпросния звук, амплитудата на изместване намалява обратно пропорционално на квадрата на разстоянието:
Където А - радиус на пулсиращата сфера;
д- увеличаване на радиуса на сферата поради пулсация; r - разстояние от центъра на сферата.
Рибите, както ще бъде показано по-долу, имат два различни типа приемници. Някои от тях възприемат налягане, докато други възприемат изместването на водните частици. Следователно дадените уравнения имат голямо значениеза правилна оценка на реакциите на рибите към подводни звукови източници.
Във връзка с излъчването на звук, отбелязваме още две явления, свързани с излъчвателите: феноменът на резонанса и насочеността на излъчвателите.
Излъчването на звук от тялото се дължи на неговите вибрации. Всяко тяло има своя собствена честота на вибрация, която се определя от размера на тялото и неговите еластични свойства. Ако такова тяло се постави във вибрация, чиято честота съвпада с неговата собствена честота, възниква явлението значително увеличаване на амплитудата на вибрацията - резонанс. Използването на концепцията за резонанс дава възможност да се характеризират някои от акустичните свойства на рибните излъчватели и приемници. Излъчването на звук във водата може да бъде насочено или ненасочено. В първия случай звуковата енергия се разпространява предимно в определена посока. Графика, изразяваща пространственото разпределение на звуковата енергия на даден звуков източник, се нарича негова диаграма на посоката. Насочено излъчване се наблюдава, когато диаметърът на излъчвателя е значително по-голям от дължината на вълната на излъчвания звук.
В случай на ненасочено излъчване, звуковата енергия се отклонява равномерно във всички посоки. Това явление възниква, когато дължината на вълната на излъчвания звук надвишава диаметъра на излъчвателя ламбда>2А.Вторият случай е най-типичен за подводните нискочестотни излъчватели. Обикновено дължините на вълните на нискочестотните звуци варират значително повече размериизползвани подводни излъчватели. Същото явление е характерно и за рибните излъчватели. В тези случаи излъчвателите нямат насоченост. В тази глава само няколко общи физични свойствазвук в водна средавъв връзка с биоакустиката на рибите. Някои по-специфични въпроси на акустиката ще бъдат разгледани в съответните раздели на книгата.
В заключение ще разгледаме системите за измерване на звука, използвани от различни автори. Звукът може да бъде изразен чрез неговия интензитет, налягане или ниво на налягане.
Интензитетът на звука в абсолютни единици се измерва или чрез число ерг/сек-см 2, или W/cm2.В същото време 1 ерг/сек=10 -7вт.
Звуковото налягане се измерва в барове
Има връзка между интензитета на звука и звуковото налягане:
с помощта на които можете да конвертирате тези стойности една в друга.
Не по-рядко, особено когато се има предвид слуха на рибите, поради огромния диапазон от прагови стойности, звуковото налягане се изразява в относителни логаритмични единици децибели, db.Ако звуковото налягане на един звук Р, а другият P o, тогава те вярват, че първият звук е по-силен от втория с кdbи го изчислете по формулата:
Повечето изследователи приемат праговата стойност на човешкия слух, равна на 0,0002, като нулево отчитане на звуковото налягане P o барза честота 1000 Hz
Предимството на такава система е възможността за директно сравняване на слуха на хора и риби, недостатъкът е трудността при сравняване на резултатите, получени върху звука и слуха на рибите.
Действителните стойности на звуковото налягане, създадено от рибата, са четири до шест порядъка по-високи от приетото нулево ниво (0,0002 бар),и нивата на прага на слуха на различни риби са над и под конвенционалната нулева референтна стойност.
Ето защо, за удобство при сравняване на звуците и слуха на рибите, американските автори (Tavolga a. Wodinsky, 1963 г. и др.) Използват различна референтна система.
Нулевото референтно ниво се приема за звуково налягане от 1 бар,който е на 74 dbпо-висока от приетата досега.
По-долу е дадено приблизително съотношение на двете системи.
Действителните стойности според американска системаГрафите в текста са маркирани със звездичка.
Зареждане...
