Zašto zvuk putuje brže u vodi nego u vazduhu? Kako zvuk putuje kroz svemir.
Širenje zvuka u vodi
PODVODNI FISHING
Širenje zvuka u vodi .
Zvuk putuje pet puta brže u vodi nego u vazduhu. Prosječna brzina iznosi 1400 - 1500 m/sec (brzina zvuka u vazduhu je 340 m/sec). Čini se da se i čujnost u vodi poboljšava. U stvari, ovo je daleko od slučaja. Uostalom, jačina zvuka ne ovisi o brzini širenja, već o amplitudi zvučnih vibracija i perceptivnoj sposobnosti organa sluha. Cortijev organ, koji se sastoji od slušnih ćelija, nalazi se u pužnici unutrašnjeg uha. Zvučni talasi vibriraju bubnu opnu, slušne koščice i membranu Cortijevog organa. Od vlasnih ćelija potonjeg, koje percipiraju zvučne vibracije, nervna stimulacija ide u slušni centar koji se nalazi u temporalnom režnju mozga.
Zvučni val može ući u unutrašnje uho čovjeka na dva načina: provođenjem zraka kroz vanjski slušni kanal, bubnu opnu i koščice srednjeg uha i koštanom provodljivošću - vibracijom kostiju lubanje. Na površini prevladava zračna provodljivost, a pod vodom prevladava koštana provodljivost. U to nas uvjerava jednostavno iskustvo. Pokrijte oba uha dlanovima. Na površini će se čujnost naglo pogoršati, ali pod vodom se to ne opaža.
Dakle, pod vodom se zvukovi percipiraju prvenstveno kroz koštanu provodljivost. Teoretski, to se objašnjava činjenicom da se akustična otpornost vode približava akustičnoj otpornosti ljudskog tkiva. Dakle, gubici energije tokom tranzicije zvučni talasi vode u kostima glave osobe je manje nego u vazduhu. Provodljivost zraka gotovo nestaje pod vodom, budući da je vanjski slušni kanal ispunjen vodom, a mali sloj zraka u blizini bubne opne slabo prenosi zvučne vibracije.
Eksperimenti su pokazali da je provodljivost kostiju 40% manja od provodljivosti vazduha. Stoga se čujnost pod vodom generalno pogoršava. Opseg čujnosti s koštanom provodljivošću zvuka ne ovisi toliko o jačini koliko o tonalitetu: što je ton viši, to se zvuk dalje čuje.
Podvodni svijet za ljude je svijet tišine, u kojem nema stranih zvukova. Stoga se najjednostavniji zvučni signali mogu percipirati pod vodom na značajnim udaljenostima. Čovjek čuje udarac u metalni kanister uronjen u vodu na udaljenosti od 150-200 m, zvuk zvečke na 100 m, a zvono na 60 m.
Zvukovi koji se stvaraju pod vodom obično su nečujni na površini, baš kao što su zvukovi izvana nečujni pod vodom. Da biste osjetili podvodne zvukove, morate biti barem djelomično uronjeni. Ako uđete u vodu do koljena, počinjete opažati zvuk koji se prije nije čuo. Kako ronite, jačina se povećava. Posebno se čuje kada je glava uronjena.
Da biste slali zvučne signale s površine, morate izvor zvuka spustiti u vodu barem do pola, a jačina zvuka će se promijeniti. Orijentacija pod vodom po sluhu je izuzetno teška. U vazduhu, zvuk dolazi u jedno uho 0,00003 sekunde ranije nego u drugo. Ovo vam omogućava da odredite lokaciju izvora zvuka sa greškom od samo 1-3°. Pod vodom se zvuk istovremeno percipira oba uha i stoga ne dolazi do jasne percepcije usmjerene. Greška u orijentaciji može biti 180°.
U posebno postavljenom eksperimentu, samo pojedinačni ronioci nakon dugih lutanja i... pretrage su išle do lokacije izvora zvuka, koji se nalazio 100-150 m od njih. Uočeno je da sistematska obuka tokom dužeg vremena omogućava da se razvije sposobnost prilično preciznog snalaženja pod vodom. Međutim, čim obuka prestane, njeni rezultati se poništavaju.
3281 rub
305 rub
Termo donji komplet (džemper i helanke) izrađen je od visokokvalitetnih materijala. Jumper with dugi rukav. Tajice sa manžetnama, ukrasna elastična traka širine 2,5 cm Sastav: poliviskoza - 50%, poliester - 50%.
1950 rub
Termo donje rublje Norfin Thermo Line.
Prozračno, tanko, odvojeno termo donje rublje za visoku aktivnost. Nošena na golom tijelu. Može se koristiti za svakodnevno nošenje po hladnom vremenu.
Posebnosti:
Elastični pojas.
Elastične manžetne na rukavima i pantalonama.
1216 rub
Većina ljudi savršeno dobro razumije šta je zvuk. Povezan je sa sluhom i povezan je sa fiziološkim i psihološkim procesima. Mozak obrađuje osjećaje koji dolaze kroz slušne organe. Brzina zvuka zavisi od mnogo faktora.
Zvuči koje ljudi razlikuju
U opštem smislu reči, zvuk jeste fizički fenomen, što uzrokuje efekte na slušne organe. Ima oblik uzdužnih talasa različitih frekvencija. Ljudi mogu čuti zvuk čija se frekvencija kreće od 16-20.000 Hz. Ovi elastični uzdužni talasi, koji se šire ne samo u vazduhu, već iu drugim medijima, dopiru do ljudskog uha, izazivaju zvučne senzacije. Ljudi ne mogu čuti sve. Elastični talasi sa frekvencijom manjom od 16 Hz nazivaju se infrazvukom, a oni iznad 20.000 Hz ultrazvukom. Ljudsko uho ih ne čuje.
Karakteristike zvuka
Postoje dvije glavne karakteristike zvuka: jačina i visina. Prvi od njih se odnosi na intenzitet elastičnog zvučnog talasa. Postoji još jedan važan pokazatelj. Fizička veličina, koji karakteriše visinu, je frekvencija oscilovanja elastičnog talasa. U ovom slučaju vrijedi jedno pravilo: što je veći, to je jači zvuk, i obrnuto. Druga važna karakteristika je brzina zvuka. IN različitim okruženjima oh, može biti drugačije. Predstavlja brzinu prostiranja elastičnih zvučnih talasa. U plinovitom okruženju ova brojka će biti manja nego u tekućinama. Brzina zvuka u čvrstim materijama je najveća. Štaviše, za uzdužne valove uvijek je veći nego za poprečne.
Brzina širenja zvučnih talasa
Ovaj pokazatelj ovisi o gustoći medija i njegovoj elastičnosti. U gasovitim medijima na njega utiče temperatura supstance. Po pravilu, brzina zvuka ne zavisi od amplitude i frekvencije talasa. U rijetkim slučajevima kada ove karakteristike imaju utjecaj, govore o tzv. disperziji. Brzina zvuka u parama ili gasovima kreće se od 150-1000 m/s. U tečnim medijima već je 750-2000 m/s, au čvrstim materijalima - 2000-6500 m/s. IN normalnim uslovima brzina zvuka u vazduhu dostiže 331 m/s. U običnoj vodi - 1500 m/s.
Brzina zvučnih talasa u različitim hemijskim medijima
Brzina širenja zvuka u različitim hemijskim medijima nije ista. Dakle, u azotu je 334 m/s, u vazduhu - 331, u acetilenu - 327, u amonijaku - 415, u vodoniku - 1284, u metanu - 430, u kiseoniku - 316, u helijumu - 965, u ugljen-monoksidu - 338, u ugljen-dioksidu - 259, u hloru - 206 m/s. Brzina zvučnog talasa u gasovitim medijima raste sa povećanjem temperature (T) i pritiska. U tečnostima se najčešće smanjuje kako T raste za nekoliko metara u sekundi. Brzina zvuka (m/s) u tečnom mediju (na temperaturi od 20°C):
Voda - 1490;
Etil alkohol - 1180;
Benzen - 1324;
Merkur - 1453;
Tetrahlorid ugljenika - 920;
Glicerin - 1923.
Jedini izuzetak od gornjeg pravila je voda, u kojoj se brzina zvuka povećava s povećanjem temperature. Svoj maksimum dostiže kada se ova tečnost zagreje na 74°C. Sa daljim povećanjem temperature, brzina zvuka se smanjuje. Kako se pritisak povećava, on će se povećati za 0,01%/1 Atm. U slanom morska voda Kako temperatura, dubina i salinitet rastu, tako će se povećati i brzina zvuka. U drugim okruženjima ovaj indikator se mijenja drugačije. Dakle, u mješavini tekućine i plina brzina zvuka ovisi o koncentraciji njegovih komponenti. U izotopskoj čvrstoj tvari on je određen njegovom gustoćom i modulima elastičnosti. U neograničenom guste sredinešire se poprečni (posmični) i uzdužni elastični valovi. Brzina zvuka (m/s) u čvrstim materijama (uzdužni/poprečni talasi):
Staklo - 3460-4800/2380-2560;
Taljeni kvarc - 5970/3762;
Beton - 4200-5300/1100-1121;
Cink - 4170-4200/2440;
Teflon - 1340/*;
Gvožđe - 5835-5950/*;
Zlato - 3200-3240/1200;
Aluminijum - 6320/3190;
Srebro - 3660-3700/1600-1690;
Mesing - 4600/2080;
Nikl - 5630/2960.
U feromagnetima brzina zvučnog talasa zavisi od jačine magnetnog polja. U pojedinačnim kristalima brzina zvučnog vala (m/s) ovisi o smjeru njegovog širenja:
- rubin (uzdužni talas) - 11240;
- kadmijum sulfid (uzdužno/poprečno) - 3580/4500;
- litijum niobat (uzdužni) - 7330.
Brzina zvuka u vakuumu je 0, jer se jednostavno ne širi u takvom mediju.
Određivanje brzine zvuka
Sve što je u vezi sa zvučnim signalima zanimalo je naše pretke prije više hiljada godina. Gotovo svi istaknuti naučnici radili su na utvrđivanju suštine ovog fenomena. antički svijet. Čak su i drevni matematičari ustanovili da zvuk nastaju oscilatornim pokretima tijela. O tome su pisali Euklid i Ptolomej. Aristotel je ustanovio da brzina zvuka ima konačnu vrijednost. Prve pokušaje utvrđivanja ovog pokazatelja napravio je F. Bacon u 17. vijeku. Pokušao je utvrditi brzinu upoređujući vremenske intervale između zvuka pucnja i bljeska svjetlosti. Na osnovu ove metode, grupa fizičara na Pariskoj akademiji nauka prvi je odredila brzinu zvučnog talasa. U različitim eksperimentalnim uslovima iznosila je 350-390 m/s. Teorijsko opravdanje brzine zvuka prvi je razmatrao I. Newton u svojim "Principima". P.S. uspio je ispravno odrediti ovaj indikator. Laplace.
Formule brzine zvuka
Za plinovite medije i tekućine u kojima se zvuk širi, po pravilu, adijabatski, promjena temperature povezana s rastezanjem i kompresijom u longitudinalni talas, ne može se brzo izravnati kratak period vrijeme. Očigledno, na ovaj pokazatelj utiče nekoliko faktora. Brzina zvučnog vala u homogenom plinovitom mediju ili tekućini određena je sljedećom formulom:
gdje je β adijabatska kompresibilnost, ρ je gustina medija.
U parcijalnim derivatima, ova količina se izračunava pomoću sljedeće formule:
c 2 = -υ 2 (δρ/δυ) S = -υ 2 Cp/Cυ (δρ/δυ) T,
gdje je ρ, T, υ - pritisak medija, njegova temperatura i specifična zapremina; S - entropija; Cp - izobarični toplotni kapacitet; Cυ - izohorni toplotni kapacitet. Za plinske medije ova formula će izgledati ovako:
c 2 = ζkT/m= ζRt/M = ζR(t + 273,15)/M = ά 2 T,
gdje je ζ adijabatska vrijednost: 4/3 za poliatomske plinove, 5/3 za jednoatomne plinove, 7/5 za dvoatomne plinove (vazduh); R - gasna konstanta (univerzalna); T- apsolutna temperatura, mjereno u kelvinima; k je Boltzmanova konstanta; t - temperatura u °C; M- molarna masa; m- molekularne težine; ά 2 = ζR/ M.
Određivanje brzine zvuka u čvrstom tijelu
U čvrstom tijelu koje je homogeno postoje dvije vrste valova koje se razlikuju po polarizaciji vibracija u odnosu na smjer njihovog širenja: poprečni (S) i longitudinalni (P). Brzina prvog (C S) uvijek će biti niža od drugog (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,
gdje je K, E, G - kompresija, Young, moduli smicanja; v - Poissonov omjer. Prilikom izračunavanja brzine zvuka u čvrstom tijelu koriste se adijabatski moduli elastičnosti.
Brzina zvuka u višefaznim medijima
U višefaznim medijima, zbog neelastične apsorpcije energije, brzina zvuka direktno ovisi o frekvenciji vibracije. U dvofaznom poroznom mediju izračunava se pomoću jednačina Bio-Nikolajevskog.
Zaključak
Mjerenje brzine zvučnog vala koristi se za određivanje različitih svojstava tvari, kao što su modul elastičnosti čvrste tvari, kompresibilnost tekućina i plinova. Osetljiva metoda za detekciju nečistoća je merenje malih promena u brzini zvučnog talasa. U čvrstim tijelima, fluktuacija ovog indikatora omogućava proučavanje pojasne strukture poluvodiča. Brzina zvuka je vrlo važna veličina čije mjerenje nam omogućava da naučimo mnogo o velikom broju medija, tijela i drugih objekata naučna istraživanja. Bez mogućnosti da se to odredi, mnoga naučna otkrića bila bi nemoguća.
Ako zvučni val ne naiđe na prepreke na svom putu, širi se ravnomjerno u svim smjerovima. Ali ne postaje svaka prepreka za nju prepreka.
Nakon što na svom putu naiđe na prepreku, zvuk se može savijati oko nje, reflektirati se, prelamati ili apsorbirati.
Difrakcija zvuka
Možemo razgovarati sa osobom koja stoji iza ugla zgrade, iza drveta ili iza ograde, iako je ne vidimo. Čujemo ga jer se zvuk može savijati oko ovih objekata i prodrijeti u područje iza njih.
Sposobnost vala da se savije oko prepreke naziva se difrakcija .
Difrakcija nastaje kada talasna dužina zvuka prelazi veličinu prepreke. Zvučni talasi niske frekvencije su prilično dugi. Na primjer, na frekvenciji od 100 Hz ona je jednaka 3,37 m kako se frekvencija smanjuje, dužina postaje još veća. Zbog toga se zvučni val lako savija oko objekata koji su mu slični. Drveće u parku uopšte ne ometa naš sluh zvuka, jer su prečnici njihovih stabala mnogo manji od dužine zvučnog talasa.
Zahvaljujući difrakciji, zvučni valovi prodiru kroz pukotine i rupe na prepreci i šire se iza njih.
Postavimo ravan ekran sa rupom na putu zvučnog talasa.
U slučaju kada je talasna dužina zvuka ƛ mnogo veći od prečnika rupe D , ili su ove vrijednosti približno jednake, tada će iza rupe zvuk doći do svih tačaka u području koje se nalazi iza ekrana (područje sjene zvuka). Prednja strana odlazećeg talasa će izgledati kao hemisfera.
Ako ƛ je samo nešto manji od prečnika proreza, tada se glavni deo talasa širi pravo i ne većina blago odstupa u stranu. I u slučaju kada ƛ mnogo manje D , cijeli će val ići u smjeru naprijed.
Zvučna refleksija
Ako zvučni val udari u interfejs između dva medija, moguće različite opcije nju dalje širenje. Zvuk se može reflektirati od interfejsa, može se kretati u drugi medij bez promjene smjera ili se može prelamati, odnosno kretati, mijenjajući svoj smjer.
Pretpostavimo da se na putu zvučnog vala pojavi prepreka, čija je veličina mnogo veća od valne dužine, na primjer, strma litica. Kako će se ponašati zvuk? Pošto ne može zaobići ovu prepreku, ona će se reflektovati od nje. Iza prepreka je zona akustične sjene .
Zvuk koji se odbija od prepreke naziva se echo .
Priroda refleksije zvučnog talasa može biti različita. Zavisi od oblika reflektirajuće površine.
Refleksija naziva se promjena smjera zvučnog vala na međuprostoru između dva različita medija. Kada se reflektuje, val se vraća u medij iz kojeg je došao.
Ako je površina ravna, zvuk se odbija od nje na isti način kao što se zrak svjetlosti reflektira u ogledalu.
Zvučni zraci reflektirani od konkavne površine fokusirani su u jednoj tački.
Konveksna površina raspršuje zvuk.
Efekat disperzije daju konveksni stubovi, velike lajsne, lusteri itd.
Zvuk ne prelazi iz jednog medija u drugi, ali se reflektuje od njega ako se gustoće medija značajno razlikuju. Dakle, zvuk koji se pojavljuje u vodi ne prenosi se u zrak. Odbijen od interfejsa, ostaje u vodi. Osoba koja stoji na obali rijeke neće čuti ovaj zvuk. Ovo je objašnjeno velika razlika talasni otpor vode i vazduha. U akustici je valna impedansa jednaka proizvodu gustine medija i brzine zvuka u njemu. Budući da je valni otpor plinova znatno manji od valnog otpora tekućina i čvrstih tijela, kada zvučni val udari u granicu zraka i vode, on se reflektira.
Ribe u vodi ne čuju zvuk koji se pojavljuje iznad površine vode, ali mogu jasno razlikovati zvuk čiji je izvor tijelo koje vibrira u vodi.
Refrakcija zvuka
Promjena smjera širenja zvuka naziva se refrakcija . Ovaj fenomen nastaje kada zvuk putuje iz jednog medija u drugi, a njegova brzina širenja u tim sredinama je različita.
Omjer sinusa upadnog ugla i sinusa ugla refleksije jednak je omjeru brzina prostiranja zvuka u mediju.
Gdje i – upadni ugao,
r – ugao refleksije,
v 1 – brzina širenja zvuka u prvom mediju,
v 2 – brzina širenja zvuka u drugom mediju,
n – indeks loma.
Refrakcija zvuka se naziva refrakcija .
Ako zvučni val ne pada okomito na površinu, već pod uglom drugačijim od 90°, tada će prelomljeni val odstupiti od smjera upadnog vala.
Refrakcija zvuka se može posmatrati ne samo na međuprostoru između medija. Zvučni valovi mogu promijeniti svoj smjer u heterogenom mediju - atmosferi, okeanu.
U atmosferi, prelamanje je uzrokovano promjenama temperature zraka, brzine i smjera kretanja vazdušne mase. A u okeanu se pojavljuje zbog heterogenosti svojstava vode - različitog hidrostatskog pritiska na različitim dubinama, različite temperature i različiti salinitet.
Apsorpcija zvuka
Kada zvučni val naiđe na površinu, dio njegove energije se apsorbira. A koliko energije medij može apsorbirati može se odrediti poznavanjem koeficijenta apsorpcije zvuka. Ovaj koeficijent pokazuje koliko energije zvučnih vibracija apsorbuje 1 m2 prepreke. Ima vrijednost od 0 do 1.
Jedinica mjere za apsorpciju zvuka se zove sabin . Ime je dobio po američkom fizičaru Wallace Clement Sabin, osnivač arhitektonske akustike. 1 sabin je energija koju apsorbuje 1 m 2 površine, čiji je koeficijent apsorpcije 1. To jest, takva površina mora apsorbovati apsolutno svu energiju zvučnog talasa.
Reverberacija
Wallace Sabin
Svojstvo materijala da apsorbuje zvuk široko se koristi u arhitekturi. Proučavajući akustiku predavaonice, koja je dio Muzeja Fogg, Wallace Clement Sabin je došao do zaključka da postoji veza između veličine sale, akustičkih uslova, vrste i površine materijala koji apsorbiraju zvuk i vrijeme odjeka .
Reverberacija nazivaju proces refleksije zvučnog vala od prepreka i njegovo postepeno slabljenje nakon što se izvor zvuka isključi. U zatvorenom prostoru, zvuk se može više puta reflektovati od zidova i predmeta. Kao rezultat toga, pojavljuju se različiti eho signali, od kojih svaki zvuči kao zasebno. Ovaj efekat se zove efekat odjeka .
Većina važna karakteristika prostorije je vrijeme odjeka , što je Sabin unio i izračunao.
Gdje V – zapremina prostorije,
A – opšta apsorpcija zvuka.
Gdje a i – koeficijent apsorpcije zvuka materijala,
S i - površina svake površine.
Ako je vrijeme odjeka dugo, čini se da zvuci “lutaju” po dvorani. One se preklapaju, prigušuju glavni izvor zvuka, a dvorana postaje odjek. Uz kratko vrijeme odjeka, zidovi brzo upijaju zvukove i postaju tupi. Stoga svaka soba mora imati svoj tačan proračun.
Na osnovu svojih proračuna, Sabin je rasporedio materijale koji upijaju zvuk tako da je "eho efekat" smanjen. A Bostonska simfonijska dvorana, na čijem je stvaranju bio akustički konsultant, i danas se smatra jednom od najboljih dvorana na svijetu.
Pitanja.
1. Na kojoj frekvenciji bubna opna nečijeg uha vibrira kada zvuk dopre do nje?
Bubna opna ljudskog uha vibrira frekvencijom zvuka koji dolazi do nje.
2. Koji talas - uzdužni ili poprečni - se širi u vazduhu? u vodi?
U vazduhu i vodi, zvuk putuje u uzdužnim talasima.
3. Navedite primjer koji pokazuje da zvučni val ne putuje trenutno, već određenom brzinom.
Najočigledniji primjer je bljesak munje, praćen grmljavinom.
4. Kolika je brzina širenja zvuka u zraku na 20 °C?
Brzina zvuka u vazduhu na 20°C je 343 m/s 2 .
5. Da li brzina zvuka zavisi od medija u kojem putuje?
V =340 m/s. Da, zavisi.
Vježbe.
1. Odredite brzinu zvuka u vodi ako izvor koji oscilira s periodom od 0,002 s pobuđuje valove u vodi dužine 2,9 m.
2. Odredite talasnu dužinu zvučnog talasa frekvencije 725 Hz u vazduhu, vodi i staklu.
3. Jedan kraj duge metalne cijevi udaren je jednom čekićem. Hoće li zvuk od udarca putovati do drugog kraja cijevi kroz metal? kroz vazduh unutar cevi? Koliko će udaraca čuti osoba koja stoji na drugom kraju cijevi?
Osoba će čuti dva kucanja. Jedan zvuk će mu doći kroz metalnu cijev, a drugi kroz zrak.
4. Posmatrač koji stoji u blizini pravi deo željeznica, vidio paru iznad zvižduka parne lokomotive kako ide u daljinu. 2 sekunde nakon što se pojavila para, čuo je zvuk zvižduka, a nakon 34 sekunde lokomotiva je prošla pored posmatrača. Odredite brzinu lokomotive.
5. Posmatrač se udaljava od zvona koje se udara svake sekunde. U početku se vidljivi i zvučni udari poklapaju. Onda prestaju da se poklapaju. Zatim, na nekoj udaljenosti posmatrača od zvona, vidljivi i čujni udarci se ponovo poklapaju. Objasnite ovaj fenomen.
Pod zvukom se podrazumijevaju elastični valovi koji leže u opsegu čujnosti ljudskog uha, u rasponu oscilacija od 16 Hz do 20 kHz. Oscilacije sa frekvencijom ispod 16 Hz zvan infrazvuk, preko 20 kHz- ultrazvuk.
U poređenju sa vazduhom, voda ima veću gustinu i manju kompresiju. S tim u vezi, brzina zvuka u vodi je četiri i po puta veća nego u zraku i iznosi 1440 m/sec. Frekvencija zvučnih vibracija (gola) je povezan sa talasnom dužinom (lambda) relacijom: c= lambda-nu. Zvuk putuje u vodi bez disperzije. Brzina zvuka u vodi varira u zavisnosti od dva parametra: gustine i temperature. Promjena temperature za 1° povlači odgovarajuću promjenu brzine zvuka za 3,58 m u sekundi. Ako pratite brzinu širenja zvuka od površine do dna, ispada da se prvo, zbog smanjenja temperature, brzo smanjuje, dostižući minimum na određenoj dubini, a zatim, s dubinom, počinje brzo rasti zbog povećanja pritiska vode, koji se, kao što je poznato, povećava za otprilike 1 atm za svakih 10 m dubine.
Počevši od dubine od približno 1200 m, gdje temperatura vode ostaje praktički konstantna, brzina zvuka se mijenja zbog promjena pritiska. „Na dubini od otprilike 1200 m (za Atlantik) postoji minimalna vrijednost za brzinu zvuka; Na većim dubinama, zbog povećanja pritiska, brzina zvuka ponovo raste. Budući da se zvučni zraci uvijek savijaju prema područjima medija gdje je njihova brzina najmanja, oni su koncentrisani u sloju s minimalnom brzinom zvuka” (Krasilnikov, 1954). Ovaj sloj, koji su otkrili sovjetski fizičari L.D. Rosenberg i L.M. Brekhovskikh, naziva se "podvodni zvučni kanal". Zvuk koji ulazi u zvučni kanal može putovati na velike udaljenosti bez slabljenja. Ovu osobinu treba imati na umu kada se razmatra akustična signalizacija dubokomorskih riba.
Apsorpcija zvuka u vodi je 1000 puta manja nego u vazduhu. Izvor zvuka u zraku snage 100 kW u vodi se može čuti na udaljenosti do 15 km; u vodi izvor zvuka je 1 kW može se čuti na udaljenosti od 30-40 km. Zvukovi različitih frekvencija različito se apsorbiraju: najjače se apsorbiraju zvukovi visoke frekvencije, a najbrže se apsorbiraju zvukovi niske frekvencije. Niska apsorpcija zvuka u vodi omogućila je korištenje za sonar i signalizaciju. Vodeni prostori ispunjeni su velikim brojem različitih zvukova. Zvukovi akumulacija Svjetskog okeana, kako pokazuje američki hidroakustik Wenz (Wenz, 1962), nastaju u vezi sa sljedećim faktorima: oseke i oseke, struje, vjetrovi, potresi i cunamiji, industrijske ljudske aktivnosti i biološki život. Priroda buke koju stvaraju različiti faktori razlikuje se kako po skupu zvučnih frekvencija tako i po njihovom intenzitetu. Na sl. Slika 2 prikazuje zavisnost spektra i nivoa pritiska zvukova Svjetskog okeana od faktora koji ih uzrokuju.
U različitim dijelovima Svjetskog okeana sastav buke određuju različite komponente. Veliki uticaj Istovremeno, na kompoziciju zvukova utiču dno i obale.
Dakle, sastav i intenzitet buke u različitim dijelovima Svjetskog okeana su izuzetno raznoliki. Postoje empirijske formule koje pokazuju ovisnost intenziteta buke mora o intenzitetu faktora koji ih uzrokuju. Međutim, u praktične svrhe Okeanska buka se obično mjeri empirijski.
Treba napomenuti da su među zvukovima Svjetskog okeana najintenzivniji industrijski zvuci koje stvara čovjek: buka brodova, koćara itd. Prema Shaneu (1964), njihov intenzitet je 10-100 puta veći od ostalih zvukove Svjetskog okeana. Međutim, kao što se može vidjeti sa Sl. 2, njihov spektralni sastav se donekle razlikuje od spektralnog sastava zvukova uzrokovanih drugim faktorima.
Kada se šire u vodi, zvučni valovi se mogu reflektirati, prelamati, apsorbirati, doživjeti difrakciju i interferenciju.
Kada na svom putu naiđu na prepreku, zvučni talasi se mogu odbiti od nje ako je njihova talasna dužina (lambda) manji od veličine prepreke, ili je zaobilaze (difraktiraju) u slučaju kada je njihova talasna dužina veća od prepreke. U ovom slučaju možete čuti šta se dešava iza prepreke, a da ne vidite izvor direktno. Prilikom pada na prepreku, zvučni valovi u jednom slučaju mogu se reflektirati, u drugom - prodrijeti u nju (apsorbirati ih). Količina energije reflektovanog talasa zavisi od toga koliko se međusobno razlikuju takozvani akustički otpori medija „r1s1” i „r2s2”, na čije sučelje padaju zvučni talasi. Akustički otpor medija označava proizvod gustine datog medija p i brzine širenja zvuka With u njemu. Kako više razlike akustičkog otpora medija, veći dio energije će se reflektirati sa međuprostora dva medija, i obrnuto. U slučaju, na primjer, zvuka koji pada iz zraka, rs od kojih 41 u vodu, rsšto je 150.000, odražava se prema formuli:
S tim u vezi, zvuk puno bolje prodire u čvrsto tijelo iz vode nego iz zraka. Od zraka do vode, zvuk dobro prodire kroz grmlje ili trsku koja strši iznad površine vode.
Zbog refleksije zvuka od prepreka i njegove talasne prirode može doći do sabiranja ili oduzimanja amplituda zvučnih pritisaka identičnih frekvencija koji pristižu u datu tačku u prostoru. Važna posljedica ovog dodavanja (interferencije) je formiranje stajaćih valova pri refleksiji. Ako, na primjer, vibrirate kamerom, približavajući je i dalje od zida, možete čuti povećanje i smanjenje jačine zvuka zbog pojave antinoda i čvorova u zvučnom polju. Obično stajaći talasi formiraju se u zatvorenim posudama: u akvarijima, bazenima i sl., kada se izvor ozvuči relativno dugo.
U stvarnim uvjetima mora ili drugog prirodnog vodenog tijela, tokom širenja zvuka, uočavaju se brojne složene pojave koje nastaju zbog heterogenosti vodene sredine. Na širenje zvuka u prirodnim vodenim tijelima u velikoj mjeri utiču dno i granice (voda-vazduh), heterogenost temperature i soli, hidrostatički pritisak, mjehurići zraka i planktonski organizmi. Interfejs između vode i vazduha i dna, kao i heterogenost vode, dovode do fenomena refrakcije (zakrivljenost zvučnih zraka) ili reverberacije (višestruka refleksija zvučnih zraka).
Vodeni mjehurići, plankton i druge suspendirane tvari doprinose apsorpciji zvuka u vodi. Kvantifikacija Ovi brojni faktori još nisu razvijeni. Potrebno ih je uzeti u obzir prilikom izvođenja akustičkih eksperimenata.
Razmotrimo sada fenomene koji se javljaju u vodi kada se u njoj emituje zvuk.
Zamislimo izvor zvuka kao pulsirajuću sferu u beskonačnom prostoru. Akustična energija koju emituje takav izvor je oslabljena obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti od njegovog centra.
Energija nastalih zvučnih talasa može se okarakterisati sa tri parametra: brzinom, pritiskom i pomakom vibrirajućih čestica vode. Posljednja dva parametra su od posebnog interesa kada se razmatraju slušne sposobnosti riba, pa ćemo se na njima detaljnije zadržati.
Prema Harrisu i Berglijku (1962), širenje valova pritiska i efekti pomaka različito su predstavljeni u bliskoj (na udaljenosti manjoj od jedne valne dužine zvuka) i dalekoj (na udaljenosti većoj od jedne valne dužine zvuka) akustici polje.
U dalekom akustičnom polju, pritisak se smanjuje u obrnutoj proporciji sa udaljenosti od izvora zvuka. U ovom slučaju, u dalekom akustičkom polju, amplitude pomaka su direktno proporcionalne amplitudama pritiska i povezane su jedna s drugom formulom:
Gdje R - zvučni pritisak unutra din/cm2;
d- količina pomaka čestica u cm.
U bliskom akustičnom polju, odnos između amplituda pritiska i pomaka je drugačiji:
Gdje R-akustični pritisak unutra din/cm2;
d - veličina pomaka čestica vode u cm;
f - frekvencija oscilovanja in Hz;
rs- akustička otpornost vode jednaka 150.000 g/cm 2 sec 2;
lambda- talasna dužina zvuka in m; r - udaljenost od centra pulsirajuće sfere;
i= SQR i
Formula pokazuje da amplituda pomaka u bliskom akustičnom polju zavisi od talasne dužine, zvuka i udaljenosti od izvora zvuka.
Na udaljenostima manjim od valne dužine dotičnog zvuka, amplituda pomaka se smanjuje obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti:
Gdje A - radijus pulsirajuće sfere;
D- povećanje radijusa sfere zbog pulsiranja; r - udaljenost od centra sfere.
Ribe, kao što će biti prikazano u nastavku, imaju dva različita tipa prijemnika. Neki od njih percipiraju pritisak, dok drugi percipiraju pomicanje čestica vode. Dakle, date jednačine imaju velika vrijednost za ispravnu procjenu odgovora riba na podvodne izvore zvuka.
U vezi sa emisijom zvuka, uočavamo još dva fenomena u vezi sa emiterima: fenomen rezonancije i usmerenost emitera.
Emisija zvuka od strane tijela nastaje zbog njegovih vibracija. Svako tijelo ima vlastitu frekvenciju vibracija, određena veličinom tijela i njegovim elastičnim svojstvima. Ako se takvo tijelo stavi u vibraciju, čija se frekvencija poklapa sa vlastitom frekvencijom, dolazi do pojave značajnog povećanja amplitude vibracije - rezonancije. Upotreba koncepta rezonancije omogućava karakterizaciju nekih akustičkih svojstava ribljih emitera i prijemnika. Emisija zvuka u vodu može biti usmjerena ili neusmjerena. U prvom slučaju, zvučna energija širi se pretežno u određenom smjeru. Grafikon koji izražava prostornu distribuciju zvučne energije datog izvora zvuka naziva se njegov dijagram smjera. Usmjereno zračenje se opaža kada je promjer emitera znatno veći od valne dužine emitiranog zvuka.
U slučaju neusmjerenog zračenja, zvučna energija ravnomjerno divergira u svim smjerovima. Ovaj fenomen nastaje kada talasna dužina emitovanog zvuka prelazi prečnik emitera lambda>2A. Drugi slučaj je najtipičniji za podvodne emitere niske frekvencije. Tipično, talasne dužine niskofrekventnih zvukova uveliko variraju više veličina korišćeni podvodni emiteri. Ista pojava je tipična za riblje emitere. U ovim slučajevima, emiteri nemaju šablone usmjerenja. U ovom poglavlju, samo nekoliko opštih fizička svojstva zvuk unutra vodena sredina u vezi sa bioakustikom ribe. Neka konkretnija pitanja akustike bit će obrađena u odgovarajućim dijelovima knjige.
U zaključku ćemo razmotriti sisteme mjerenja zvuka koje koriste različiti autori. Zvuk se može izraziti njegovim intenzitetom, pritiskom ili nivoom pritiska.
Intenzitet zvuka u apsolutnim jedinicama mjeri se ili brojem erg/sec-cm 2, ili W/cm2. Istovremeno 1 erg/sec=10 -7 uto.
Zvučni pritisak se meri u barovi
Postoji veza između intenziteta zvuka i zvučnog pritiska:
pomoću kojih možete pretvoriti ove vrijednosti jednu u drugu.
Ništa manje često, posebno kada se uzme u obzir sluh riba, zbog ogromnog raspona graničnih vrijednosti, zvučni pritisak se izražava u relativnim logaritamskim jedinicama decibela, db. Ako je zvučni pritisak jednog zvuka R, a drugi P o, onda vjeruju da je prvi zvuk glasniji od drugog za kdb i izračunaj koristeći formulu:
Većina istraživača uzima graničnu vrijednost ljudskog sluha jednaku 0,0002 kao nultu vrijednost zvučnog pritiska P o bar za frekvenciju 1000 Hz.
Prednost ovakvog sistema je mogućnost direktnog poređenja sluha ljudi i riba, nedostatak je teškoća poređenja rezultata dobijenih na zvuku i sluhu riba.
Stvarne vrijednosti zvučnog pritiska koje stvaraju ribe su četiri do šest redova veličine veće od prihvaćenog nulte razine (0,0002 bar), a nivoi praga sluha za različite ribe leže i iznad i ispod uobičajene nulte reference.
Stoga, radi lakšeg poređenja zvukova i sluha riba, američki autori (Tavolga a. Wodinsky, 1963, itd.) koriste drugačiji referentni sistem.
Nulti referentni nivo se uzima kao zvučni pritisak od 1 bar, koji je na 74 db više nego što je ranije prihvaćeno.
Ispod je približan odnos oba sistema.
Stvarne vrijednosti prema Američki sistem Brojevi u tekstu su označeni zvjezdicom.
Učitavanje...
