Ձայնի տարածման հիմնական օրենքները ներառում են դրա արտացոլման և բեկման օրենքները տարբեր միջավայրերի սահմաններում, ինչպես նաև ձայնի դիֆրակցիան և դրա ցրումը միջավայրում խոչընդոտների և անհամասեռությունների առկայության դեպքում և միջերեսների միջերեսներում:
Ձայնի տարածման տիրույթի վրա ազդում է ձայնի կլանման գործոնը, այսինքն՝ ձայնային ալիքի էներգիայի անշրջելի անցումը էներգիայի այլ տեսակների, մասնավորապես ջերմության։ Կարեւոր գործոնդա նաև ճառագայթման ուղղությունն է և ձայնի տարածման արագությունը, որը կախված է միջավայրից և նրա կոնկրետ վիճակից։
Ձայնի աղբյուրից ակուստիկ ալիքները տարածվում են բոլոր ուղղություններով: Եթե ձայնային ալիքն անցնում է համեմատաբար փոքր անցքով, ապա այն տարածվում է բոլոր ուղղություններով և չի շարժվում ուղղորդված ճառագայթով: Օրինակ, բաց պատուհանից սենյակ ներթափանցող փողոցային ձայները լսվում են բոլոր կետերում, և ոչ միայն պատուհանի դիմաց:
Խոչընդոտի մոտ ձայնային ալիքների տարածման բնույթը կախված է խոչընդոտի չափի և ալիքի երկարության փոխհարաբերությունից: Եթե խոչընդոտի չափը փոքր է ալիքի երկարության համեմատ, ապա ալիքը հոսում է այս խոչընդոտի շուրջ՝ տարածվելով բոլոր ուղղություններով։
Ձայնային ալիքները, թափանցելով մի միջավայրից մյուսը, շեղվում են իրենց սկզբնական ուղղությունից, այսինքն՝ բեկվում են։ Ճեղքման անկյունը կարող է մեծ կամ փոքր լինել անկման անկյունից: Դա կախված է նրանից, թե ձայնը որ միջավայրի մեջ է թափանցում։ Եթե երկրորդ միջավայրում ձայնի արագությունն ավելի մեծ է, ապա բեկման անկյունն ավելի մեծ կլինի անկման անկյունից և հակառակը։
Ճանապարհին խոչընդոտ հանդիպելիս ձայնային ալիքները արտացոլվում են դրանից ըստ խիստ սահմանված կանոնի՝ արտացոլման անկյունի։ հավասար անկյանընկնելը - սրա հետ է կապված էխո հասկացությունը։ Եթե ձայնը արտացոլվում է վրա գտնվող մի քանի մակերեսներից տարբեր հեռավորություններ, տեղի են ունենում բազմաթիվ արձագանքներ։
Ձայնը տարածվում է տարբերվող գնդաձև ալիքի տեսքով, որը լցնում է ամեն ինչ ավելի մեծ ծավալ. Քանի որ հեռավորությունը մեծանում է, միջավայրի մասնիկների թրթռումները թուլանում են, և ձայնը ցրվում է: Հայտնի է, որ փոխանցման տիրույթը մեծացնելու համար ձայնը պետք է կենտրոնացվի տվյալ ուղղությամբ։ Երբ մենք ուզում ենք, օրինակ, մեզ լսել, մենք մեր ափերը դնում ենք մեր բերանին կամ օգտագործում ենք մեգաֆոն։
Դիֆրակցիան, այսինքն՝ ձայնային ճառագայթների ծռումը, մեծ ազդեցություն ունի ձայնի տարածման տիրույթի վրա։ Որքան ավելի տարասեռ է միջավայրը, այնքան ձայնի ճառագայթը թեքվում է և, համապատասխանաբար, այնքան կարճ է ձայնի տարածման տիրույթը:
Ձայնի տարածում
Ձայնային ալիքները կարող են շարժվել օդում, գազերում, հեղուկներում և պինդ նյութեր. Անօդ տարածության մեջ ալիքները չեն առաջանում։ Սա հեշտ է ստուգել պարզ փորձից: Եթե էլեկտրական զանգը դրվի հերմետիկ գլխարկի տակ, որից օդը տարհանվել է, մենք ոչ մի ձայն չենք լսի։ Բայց հենց որ գլխարկը լցվում է օդով, ձայն է առաջանում։
Մասնակից մասնիկ տատանողական շարժումների տարածման արագությունը կախված է միջավայրից։ Հին ժամանակներում մարտիկները ականջները դնում էին գետնին և այդպիսով թշնամու հեծելազորին հայտնաբերում էին շատ ավելի վաղ, քան այն հայտնվում էր տեսադաշտում: Մի հայտնի գիտնական ԼեոնարդոԴա Վինչին 15-րդ դարում գրել է. «Եթե դու, լինելով ծովում, խողովակի անցքը իջեցնես ջրի մեջ և դրա մյուս ծայրը մոտեցնես ականջիդ, կլսես քեզանից շատ հեռու նավերի աղմուկը»:
Օդում ձայնի արագությունը առաջին անգամ չափվել է 17-րդ դարում Միլանի գիտությունների ակադեմիայի կողմից։ Բլրերից մեկի վրա թնդանոթ է տեղադրվել, մյուսում՝ դիտակետ։ Ժամը ձայնագրվել է թե՛ կրակոցի պահին (ֆլեշով), թե՛ ձայնի ստացման պահին։ Ելնելով դիտակետի և հրացանի միջև եղած հեռավորությունից և ազդանշանի ծագման ժամանակից՝ ձայնի տարածման արագությունն այլևս դժվար չէր հաշվարկել։ Պարզվել է, որ այն հավասար է վայրկյանում 330 մետրի։
Ջրում ձայնի արագությունը առաջին անգամ չափվել է 1827 թվականին Ժնևի լճում։ Երկու նավակները գտնվում էին միմյանցից 13847 մետր հեռավորության վրա։ Առաջինի վրա ներքևի տակ զանգ են կախել, իսկ երկրորդի վրա պարզ հիդրոֆոն (շչակ) իջեցրել են ջուրը։ Առաջին նավակի վրա վառոդը վառել են զանգը խփելուն միաժամանակ, երկրորդում դիտորդը բռնկման պահին գործարկել է վայրկյանաչափը և սկսել սպասել զանգի ձայնային ազդանշանին։ Պարզվել է, որ ձայնը ջրի մեջ անցնում է 4 վայրկյանում։ եւս մեկ անգամավելի արագ, քան օդում, այսինքն. վայրկյանում 1450 մետր արագությամբ։
Ձայնի արագություն
Որքան մեծ է միջավայրի առաձգականությունը, այնքան մեծ է արագությունը՝ ռետինում 50, օդում՝ 330, ջրում՝ 1450, իսկ պողպատում՝ 5000 մետր վայրկյանում։ Եթե մենք, ովքեր Մոսկվայում էինք, կարողանայինք այնքան բարձր գոռալ, որ ձայնը հասներ Սանկտ Պետերբուրգ, ապա մեզ այնտեղ կլսեին միայն կես ժամ հետո, և եթե ձայնը տարածվեր նույն հեռավորության վրա պողպատի մեջ, ապա այն կընդունվեր. երկու րոպեում։
Ձայնի տարածման արագության վրա ազդում է նույն միջավայրի վիճակը։ Երբ ասում ենք, որ ձայնը ջրում շարժվում է վայրկյանում 1450 մետր արագությամբ, դա չի նշանակում, որ ցանկացած ջրում և ցանկացած պայմաններում: Ջրի ջերմաստիճանի և աղիության բարձրացմամբ, ինչպես նաև խորության բարձրացմամբ և հետևաբար հիդրոստատիկ ճնշումձայնի արագությունը մեծանում է. Կամ վերցնենք պողպատը։ Այստեղ նույնպես ձայնի արագությունը կախված է ինչպես ջերմաստիճանից, այնպես էլ պողպատի որակական բաղադրությունից՝ որքան շատ ածխածին է պարունակում, այնքան կոշտ է, և ձայնն ավելի արագ է շարժվում դրա մեջ։
Ճանապարհին խոչընդոտի հանդիպելիս ձայնային ալիքները խիստ արտացոլվում են դրանից որոշակի կանոնԱնդրադարձման անկյունը հավասար է անկման անկյունին: Օդից եկող ձայնային ալիքները գրեթե ամբողջությամբ կարտացոլվեն ջրի մակերևույթից դեպի վեր, իսկ ջրի մեջ գտնվող աղբյուրից եկող ձայնային ալիքները կարտացոլվեն դրանից դեպի ներքև:
Ձայնային ալիքները, ներթափանցելով մի միջավայրից մյուսը, շեղվում են իրենց սկզբնական դիրքից, այսինքն. բեկված. Ճեղքման անկյունը կարող է մեծ կամ փոքր լինել անկման անկյունից: Դա կախված է նրանից, թե ձայնը ինչ միջավայր է թափանցում: Եթե երկրորդ միջավայրում ձայնի արագությունն ավելի մեծ է, քան առաջինում, ապա բեկման անկյունն ավելի մեծ կլինի անկման անկյունից և հակառակը։
Օդում ձայնային ալիքները տարածվում են տարբերվող գնդաձև ալիքի տեսքով, որը լրացնում է ավելի ու ավելի մեծ ծավալ, քանի որ ձայնային աղբյուրներից առաջացած մասնիկների թրթռումները փոխանցվում են օդի զանգվածին։ Սակայն, քանի որ հեռավորությունը մեծանում է, մասնիկների թրթռումները թուլանում են։ Հայտնի է, որ փոխանցման տիրույթը մեծացնելու համար ձայնը պետք է կենտրոնացվի տվյալ ուղղությամբ։ Երբ մենք ցանկանում ենք մեզ ավելի լավ լսել, մենք մեր ափերը դնում ենք մեր բերանին կամ օգտագործում ենք մեգաֆոն: Այս դեպքում ձայնը ավելի քիչ կթուլանա, իսկ ձայնային ալիքները կշարժվեն ավելի հեռուն:
Երբ պատի հաստությունը մեծանում է, ձայնի տեղաբաշխումը ցածր միջին հաճախականություններում մեծանում է, բայց սկսում է ի հայտ գալ «նենգ» պատահական ռեզոնանսը, որն առաջացնում է ձայնի խեղդում, ավելին. ցածր հաճախականություններև ընդգրկում է ավելի լայն տարածք:
Հիդրոակուստիկա (հունարենից հիդոր- ջուր, ակուստիկ- լսողական) - գիտություն ջրային միջավայրում տեղի ունեցող երևույթների և կապված ակուստիկ ալիքների տարածման, արտանետման և ընդունման հետ: Այն ներառում է ջրային միջավայրում օգտագործման համար նախատեսված հիդրոակուստիկ սարքերի մշակման և ստեղծման հարցեր։
Զարգացման պատմություն
Հիդրոակուստիկայի հիմունքներ
Ջրի մեջ ակուստիկ ալիքների տարածման առանձնահատկությունները
Էխոյի իրադարձության բաղադրիչները.
Սկիզբը համապարփակ ու հիմնարար հետազոտությունջրում ակուստիկ ալիքների տարածման մասին նախաձեռնվել է Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ, որը թելադրված էր լուծելու անհրաժեշտությամբ. գործնական խնդիրներ նավատորմերըև հիմնականում սուզանավերը: Փորձարարական և տեսական աշխատանքները շարունակվել են հետպատերազմյան տարիներին և ամփոփվել մի շարք մենագրություններում։ Այս աշխատանքների արդյունքում բացահայտվել և պարզաբանվել են ջրում ակուստիկ ալիքների տարածման որոշ առանձնահատկություններ՝ կլանումը, թուլացումը, անդրադարձումը և բեկումը։
Ակուստիկ ալիքի էներգիայի կլանումը ծովի ջուրառաջանում է երկու գործընթացով՝ միջավայրի ներքին շփում և դրանում լուծված աղերի տարանջատում։ Առաջին պրոցեսը ակուստիկ ալիքի էներգիան վերածում է ջերմության, իսկ երկրորդը, վերածվելով քիմիական էներգիայի, մոլեկուլները հանում է հավասարակշռված վիճակից, և դրանք քայքայվում են իոնների։ Այս տեսակի կլանումը կտրուկ աճում է ակուստիկ թրթռումների հաճախականության աճով: Ջրի մեջ կասեցված մասնիկների, միկրոօրգանիզմների և ջերմաստիճանի անոմալիաների առկայությունը նույնպես հանգեցնում է ջրի ակուստիկ ալիքի թուլացմանը: Որպես կանոն, այդ կորուստները փոքր են և ներառվում են ընդհանուր կլանման մեջ, բայց երբեմն, ինչպես, օրինակ, նավի հետևից ցրվելու դեպքում, այդ կորուստները կարող են կազմել մինչև 90%: Ջերմաստիճանի անոմալիաների առկայությունը հանգեցնում է նրան, որ ակուստիկ ալիքը ընկնում է ակուստիկ ստվերային գոտիների մեջ, որտեղ այն կարող է ենթարկվել բազմաթիվ անդրադարձումների։
Ջուր-օդ և ջուր-ներքևի միջերեսների առկայությունը հանգեցնում է դրանցից ակուստիկ ալիքի արտացոլմանը, և եթե առաջին դեպքում ակուստիկ ալիքն ամբողջությամբ արտացոլվում է, ապա երկրորդ դեպքում արտացոլման գործակիցը կախված է ներքևի նյութից. ցեխոտ հատակը վատ է արտացոլվում, ավազոտ և քարքարոտները լավ են արտացոլվում: Մանր խորություններում, ներքևի և մակերևույթի միջև ակուստիկ ալիքի բազմաթիվ արտացոլումների պատճառով հայտնվում է ստորջրյա ձայնային ալիք, որի մեջ ակուստիկ ալիքը կարող է տարածվել երկար հեռավորությունների վրա: Տարբեր խորություններում ձայնի արագության փոփոխությունը հանգեցնում է ձայնի «ճառագայթների» ճկման՝ բեկման:
Ձայնի բեկում (ձայնի ճառագայթի ուղու կորություն)
|
Ձայնի բեկում ջրի մեջ. ա - ամռանը; բ - ձմռանը; ձախ կողմում արագության փոփոխությունն է խորության հետ: Ձայնի տարածման արագությունը փոխվում է խորության հետ, և փոփոխությունները կախված են տարվա և օրվա եղանակից, ջրամբարի խորությունից և մի շարք այլ պատճառներից։ Հորիզոնի նկատմամբ որոշակի անկյան տակ աղբյուրից դուրս եկող ձայնային ճառագայթները թեքվում են, իսկ ճկման ուղղությունը կախված է միջինում ձայնի արագությունների բաշխումից. ամռանը, երբ վերին շերտերը ավելի տաք են, քան ստորինները, ճառագայթները թեքվում են դեպի ներքև։ և հիմնականում արտացոլվում են ներքևից՝ կորցնելով իրենց էներգիայի զգալի մասը։ ձմռանը, երբ ջրի ստորին շերտերը պահպանում են իրենց ջերմաստիճանը, մինչդեռ վերին շերտերը սառչում են, ճառագայթները թեքվում են դեպի վեր և բազմիցս արտացոլվում ջրի մակերևույթից, մինչդեռ զգալիորեն ավելի քիչ էներգիա է կորցնում: Ուստի ձմռանը ձայնի տարածման տիրույթն ավելի մեծ է, քան ամռանը։ Ձայնի արագության ուղղահայաց բաշխումը (VSD) և արագության գրադիենտը որոշիչ ազդեցություն ունեն ձայնի տարածման վրա ծովային միջավայր. Համաշխարհային օվկիանոսի տարբեր տարածքներում ձայնի արագության բաշխումը տարբեր է և ժամանակի ընթացքում փոխվում է: Կան մի քանիսը բնորոշ դեպքեր VRSZ: |
Ձայնի ցրումը և կլանումը միջավայրի անհամասեռությամբ:
Ձայնի տարածումը ստորջրյա ձայնում. ալիք. ա - ձայնի արագության փոփոխություն խորության հետ; b - ճառագայթների ուղին ձայնային ալիքում: Բարձր հաճախականությամբ հնչյունների տարածման վրա, երբ ալիքի երկարությունները շատ փոքր են, ազդում են փոքր անհամասեռությունները, որոնք սովորաբար հանդիպում են բնական ջրային մարմիններում՝ գազի պղպջակներ, միկրոօրգանիզմներ և այլն: Այս անհամասեռությունները գործում են երկու ձևով. ալիքներ. Արդյունքում ձայնային թրթռումների հաճախականության մեծացմանը զուգընթաց նվազում է դրանց տարածման տիրույթը։ Այս ազդեցությունը հատկապես նկատելի է մակերեսային շերտջրեր, որտեղ ամենաշատ տարասեռությունն է: Ձայնի ցրումը անհամասեռությունների, ինչպես նաև ջրի և հատակի անհավասար մակերևույթների միջոցով առաջացնում է ստորջրյա արձագանքման երևույթ, որն ուղեկցում է ձայնային իմպուլսի ուղարկմանը. ձայնային զարկերակի երկարացում, որը շարունակվում է դրա ավարտից հետո. Ստորջրյա հնչյունների տարածման տիրույթի սահմանները սահմանափակվում են նաև ծովի բնական աղմուկով, որն ունի երկակի ծագում. աղմուկի մի մասն առաջանում է ջրի մակերևույթի վրա ալիքների ներգործությունից, ծովային ալիքներից, գլորվող խճաքարերի աղմուկ և այլն; մյուս մասը կապված է ծովային ֆաունայի հետ (հիդրոբիոնտների կողմից արտադրվող ձայներ. ձկներ և այլ ծովային կենդանիներ): Biohydroacoustics-ը զբաղվում է այս շատ լուրջ ասպեկտով: |
Ձայնային ալիքի տարածման տիրույթ
Ձայնային ալիքների տարածման տիրույթը ճառագայթման հաճախականության բարդ ֆունկցիա է, որը եզակիորեն կապված է ձայնային ազդանշանի ալիքի երկարության հետ։ Ինչպես հայտնի է, բարձր հաճախականության ակուստիկ ազդանշաններն արագորեն թուլանում են ջրային միջավայրի կողմից ուժեղ կլանման պատճառով։ Ցածր հաճախականության ազդանշանները, ընդհակառակը, ընդունակ են տարածվել ջրային միջավայրում մեծ հեռավորությունների վրա։ Այսպիսով, 50 Հց հաճախականությամբ ակուստիկ ազդանշանը կարող է օվկիանոսում տարածվել հազարավոր կիլոմետր հեռավորությունների վրա, մինչդեռ 100 կՀց հաճախականությամբ ազդանշանը, որը բնորոշ է կողային սկանավորման սոնարին, ունի ընդամենը 1-2 կմ տարածման տիրույթ։ . Տարբեր ակուստիկ ազդանշանի հաճախականություններով (ալիքի երկարություններ) ժամանակակից սոնարների աշխատանքային մոտավոր միջակայքերը տրված են աղյուսակում.
Օգտագործման ոլորտները.
Հիդրոակուստիկան լայն տարածում է ստացել գործնական օգտագործում, քանի որ այն դեռ չի ստեղծվել արդյունավետ համակարգփոխանցումներ էլեկտրամագնիսական ալիքներջրի տակ ցանկացած զգալի հեռավորության վրա, և ձայնը, հետևաբար, միակն է հնարավոր միջոցներհաղորդակցություններ ստորջրյա. Այդ նպատակների համար օգտագործվում են ձայնային հաճախականություններ 300-ից 10000 Հց և ուլտրաձայնային 10000 Հց և ավելի բարձր: Էլեկտրադինամիկ և պիեզոէլեկտրական արտանետիչները և հիդրոֆոնները օգտագործվում են որպես արտանետիչներ և ընդունիչներ աուդիո տիրույթում, իսկ պիեզոէլեկտրական և մագնիսական՝ ուլտրաձայնային տիրույթում:
Հիդրոակուստիկայի ամենակարևոր կիրառությունները.
- Ռազմական խնդիրները լուծելու համար;
- Ծովային նավարկություն;
- Ձայնային հաղորդակցություն;
- Ձկնորսության հետախուզում;
- օվկիանոսաբանական հետազոտություն;
- Օվկիանոսի հատակի ռեսուրսների զարգացման համար գործունեության ոլորտները.
- Լողավազանում ակուստիկայի օգտագործումը (տանը կամ սինխրոն լողի ուսումնական կենտրոնում)
- Ծովային կենդանիների ուսուցում.
Նշումներ
Գրականություն և տեղեկատվության աղբյուրներ
ԳՐԱԿԱՆՈՒԹՅՈՒՆ:
- Վ.Վ. Շուլեյկին Ծովի ֆիզիկա. - Մոսկվա: «Գիտություն», 1968. - 1090 էջ.
- Ի.Ա. ռումիներեն Հիդրոակուստիկայի հիմունքներ. - Մոսկվա: «Նավաշինություն», 1979 - 105 p.
- Յու.Ա. Կորյակին Հիդրոակուստիկ համակարգեր. - Սանկտ Պետերբուրգ. «Սանկտ Պետերբուրգի գիտությունը և Ռուսաստանի ծովային ուժը», 2002 թ. - 416 էջ.
>> Ֆիզիկա. ձայն տարբեր միջավայրերում
Ձայնի տարածման համար անհրաժեշտ է առաձգական միջավայր: Վակուումում ձայնային ալիքները չեն կարող տարածվել, քանի որ այնտեղ թրթռելու ոչինչ չկա: Սա կարելի է հաստատել պարզ փորձով: Եթե մենք էլեկտրական զանգ դնենք ապակե զանգի տակ, ապա քանի որ օդը դուրս է մղվում զանգի տակից, մենք կիմանանք, որ զանգի ձայնը ավելի ու ավելի կթուլանա, մինչև այն ամբողջությամբ դադարի:
Ձայնը գազերում. Հայտնի է, որ ամպրոպի ժամանակ մենք նախ տեսնում ենք կայծակի բռնկում և միայն որոշ ժամանակ անց լսում ենք ամպրոպի դղրդյունը (նկ. 52): Այս ուշացումը տեղի է ունենում այն պատճառով, որ օդում ձայնի արագությունը շատ ավելի քիչ է, քան կայծակից եկող լույսի արագությունը:
Օդում ձայնի արագությունը առաջին անգամ չափվել է 1636 թվականին ֆրանսիացի գիտնական Մ.Մերսենի կողմից։ 20 °C ջերմաստիճանում այն հավասար է 343 մ/վրկ, այսինքն. 1235 կմ/ժ. Նշենք, որ հենց այս արժեքով է նվազում Կալաշնիկով ավտոմատից (ՊԿ) արձակված գնդակի արագությունը 800 մ հեռավորության վրա։ Փամփուշտի սկզբնական արագությունը 825 մ/վ է, ինչը զգալիորեն գերազանցում է օդում ձայնի արագությունը։ Ուստի կրակոցի կամ գնդակի սուլոց լսող մարդը չպետք է անհանգստանա. այս փամփուշտը արդեն անցել է նրա կողքով։ Գնդակը գերազանցում է կրակոցի ձայնը և հասնում է իր զոհին մինչև ձայնի հասնելը:
Ձայնի արագությունը կախված է միջավայրի ջերմաստիճանից՝ օդի ջերմաստիճանի բարձրացման հետ այն մեծանում է, իսկ օդի ջերմաստիճանի նվազման հետ՝ նվազում։ 0 °C-ում օդում ձայնի արագությունը 331 մ/վ է։
Տարբեր գազերում ձայնը տարածվում է տարբեր արագություններով. Որքան մեծ է գազի մոլեկուլների զանգվածը, այնքան ցածր է նրա մեջ ձայնի արագությունը։ Այսպիսով, 0 °C ջերմաստիճանում ձայնի արագությունը ջրածնում կազմում է 1284 մ/վ, հելիումում՝ 965 մ/վ, իսկ թթվածնումը՝ 316 մ/վ։
Ձայնը հեղուկների մեջ. Հեղուկներում ձայնի արագությունը սովորաբար ավելի մեծ է, քան գազերում ձայնի արագությունը: Ջրում ձայնի արագությունը առաջին անգամ չափվել է 1826 թվականին Ջ.Կոլադոնի և Ջ.Ստուրմի կողմից։ Նրանք իրենց փորձերն իրականացրել են Շվեյցարիայի Ժնևի լճի վրա (նկ. 53): Մի նավակի վրա վառոդ են վառել և միևնույն ժամանակ խփել ջուրն իջեցված զանգին։ Այս զանգի ձայնը, օգտագործելով հատուկ շչակ, նույնպես իջեցվել է ջրի մեջ, որսացել է մեկ այլ նավի վրա, որը գտնվում էր առաջինից 14 կմ հեռավորության վրա։ Լույսի բռնկման և ձայնային ազդանշանի ժամանման միջև ընկած ժամանակային ընդմիջման հիման վրա որոշվել է ջրի մեջ ձայնի արագությունը: 8 °C ջերմաստիճանում պարզվել է մոտավորապես 1440 մ/վրկ։ 
Երկու տարբեր լրատվամիջոցների սահմանին ձայնային ալիքի մի մասը արտացոլվում է, իսկ մի մասը շարժվում է ավելի հեռու: Երբ ձայնը օդից ջուր է անցնում, ձայնային էներգիայի 99,9%-ը հետ է արտացոլվում, սակայն ջրի մեջ հաղորդվող ձայնային ալիքի ճնշումը գրեթե 2 անգամ ավելի մեծ է: Ձկների լսողական համակարգը հենց դրան է արձագանքում: Հետևաբար, օրինակ, ջրի մակերևույթից բարձր ճիչեր և աղմուկներ են ճիշտ ճանապարհըվախեցնել հեռու ծովային արարածներ. Մարդը, ով հայտնվում է ջրի տակ, չի խլանա այս ճիչերից. ջրի մեջ ընկղմվելիս ականջներում կմնան օդային «խրոցակներ», որոնք կփրկեն ձայնային գերբեռնվածությունից։
Երբ ձայնը ջրից օդ է անցնում, էներգիայի 99,9%-ը նորից արտացոլվում է։ Բայց եթե օդից ջուր անցնելու ժամանակ ձայնային ճնշումն ավելացել է, ապա այժմ, ընդհակառակը, կտրուկ նվազում է։ Այս պատճառով է, օրինակ, որ ձայնը, որը հնչում է ջրի տակ, երբ մի քարը հարվածում է մյուսին, մարդուն օդում չի հասնում։
Ձայնի այս պահվածքը ջրի և օդի սահմանին մեր նախնիներին հիմք է տվել հավատալու ստորջրյա աշխարհ«Լռության աշխարհ». Այստեղից էլ՝ «ձկան պես համր» արտահայտությունը։ Այնուամենայնիվ, Լեոնարդո դա Վինչին նաև առաջարկել է լսել ստորջրյա ձայներ՝ ականջը դնելով ջրի մեջ իջեցված թիակի մոտ։ Օգտագործելով այս մեթոդը, դուք կարող եք համոզվել, որ ձուկն իրականում բավականին շատախոս է:
Ձայնը պինդ մարմիններում. Պինդ մարմիններում ձայնի արագությունն ավելի մեծ է, քան հեղուկներում և գազերում։ Եթե ականջդ դնես ռելսին, ռելսի մյուս ծայրին հարվածելուց հետո երկու ձայն կլսես: Դրանցից մեկը երկաթուղով կհասնի ականջիդ, մյուսը՝ օդային։
Երկիրը լավ ձայնային հաղորդունակություն ունի: Ուստի հին ժամանակներում պաշարման ժամանակ բերդի պարիսպներում տեղադրում էին «լսողներ», որոնք երկրի հաղորդած ձայնով կարող էին որոշել՝ թշնամին փորում է պարիսպները, թե ոչ։ Ականջները գետնին դնելով՝ նրանք հսկում էին նաև թշնամու հեծելազորի մոտենալը։
Պինդները լավ են փոխանցում ձայնը: Սրա շնորհիվ լսողությունը կորցրած մարդիկ երբեմն կարողանում են պարել երաժշտության ներքո, որը հասնում է նրանց լսողական նյարդերին ոչ թե օդով և արտաքին ականջով, այլ հատակով և ոսկորներով։
1. Ինչու՞ ամպրոպի ժամանակ մենք նախ տեսնում ենք կայծակ և հետո միայն լսում ամպրոպ: 2. Ինչի՞ց է կախված գազերում ձայնի արագությունը: 3. Ինչու՞ գետի ափին կանգնած մարդը չի լսում ջրի տակ առաջացող ձայները: 4. Ինչո՞ւ «լսողները», որոնք հին ժամանակներում հետևում էին թշնամու պեղումների աշխատանքներին, հաճախ կույր էին:
Փորձարարական առաջադրանք . Տեղադրեք տախտակ (կամ երկար փայտե քանոն) մի ծայրին ձեռքի ժամացույց, ականջդ դրիր մյուս ծայրին։ Ի՞նչ ես լսում։ Բացատրի՛ր երևույթը։
Ս.Վ. Գրոմովը, Ն.Ա. Ռոդինա, Ֆիզիկա 8-րդ դասարան
Ներկայացված է ընթերցողների կողմից ինտերնետ կայքերից
Ֆիզիկայի պլանավորում, ֆիզիկայի դասի գրառումների պլաններ, դպրոցական ծրագիր, ֆիզիկայի դասագրքեր և գրքեր 8-րդ դասարանի համար, դասընթացներ և առաջադրանքներ ֆիզիկայի 8-րդ դասարանի համար
Դասի բովանդակությունը դասի նշումներաջակցող շրջանակային դասի ներկայացման արագացման մեթոդներ ինտերակտիվ տեխնոլոգիաներ Պրակտիկա առաջադրանքներ և վարժություններ ինքնաստուգման սեմինարներ, թրեյնինգներ, դեպքեր, քվեստներ տնային առաջադրանքների քննարկման հարցեր հռետորական հարցեր ուսանողներից Նկարազարդումներ աուդիո, տեսահոլովակներ և մուլտիմեդիալուսանկարներ, նկարներ, գրաֆիկա, աղյուսակներ, դիագրամներ, հումոր, անեկդոտներ, կատակներ, կոմիքսներ, առակներ, ասացվածքներ, խաչբառեր, մեջբերումներ Հավելումներ վերացականներհոդվածների հնարքներ հետաքրքրասեր օրորոցների համար դասագրքեր հիմնական և տերմինների լրացուցիչ բառարան այլ Դասագրքերի և դասերի կատարելագործումուղղել դասագրքի սխալներըԴասագրքի հատվածի թարմացում, դասում նորարարության տարրեր, հնացած գիտելիքների փոխարինում նորերով. Միայն ուսուցիչների համար կատարյալ դասեր օրացուցային պլանմեկ տարով ուղեցույցներքննարկման ծրագրեր Ինտեգրված դասերՁայնը մեր կյանքի բաղադրիչներից մեկն է, և մարդիկ այն լսում են ամենուր: Այս երևույթը ավելի մանրամասն դիտարկելու համար նախ պետք է հասկանալ հենց հայեցակարգը: Դա անելու համար հարկավոր է դիմել հանրագիտարանին, որտեղ գրված է, որ «ձայն է առաձգական ալիքներ, տարածվելով ցանկացած առաձգական միջինեւ դրա մեջ ստեղծելով մեխանիկական թրթռումներ»։ Ավելի շատ խոսել պարզ լեզվով- Սրանք լսելի թրթռումներ են ցանկացած միջավայրում: Ձայնի հիմնական բնութագրերը կախված են նրանից, թե ինչ է այն: Առաջին հերթին, տարածման արագությունը, օրինակ, ջրում տարբերվում է այլ միջավայրերից։
Ցանկացած ձայնային անալոգ ունի որոշակի հատկություններ ( ֆիզիկական առանձնահատկություններ) և որակները (այս նշանների արտացոլումը մարդկային սենսացիաներում): Օրինակ՝ տեւողություն-տեւողություն, հաճախականություն-խոսք, կոմպոզիցիա-տեմբր եւ այլն։
Ձայնի արագությունը ջրում շատ ավելի մեծ է, քան, ասենք, օդում։ Հետևաբար, այն ավելի արագ է տարածվում և շատ ավելի է լսվում։ Դա տեղի է ունենում բարձր մոլեկուլային խտության պատճառով ջրային միջավայր. Այն 800 անգամ ավելի խիտ է, քան օդը և պողպատը: Դրանից բխում է, որ ձայնի տարածումը մեծապես կախված է միջավայրից։ Դիտարկենք կոնկրետ թվեր: Այսպիսով, ձայնի արագությունը ջրում 1430 մ/վ է, օդում՝ 331,5 մ/վ։
Ցածր հաճախականության ձայնը, օրինակ՝ նավի շարժիչի կողմից առաջացած աղմուկը, միշտ լսվում է մի փոքր ավելի շուտ, քան նավը հայտնվում է տեսողական տիրույթում: Դրա արագությունը կախված է մի քանի բանից. Եթե ջրի ջերմաստիճանը բարձրանում է, ապա, բնականաբար, ջրի մեջ ձայնի արագությունը մեծանում է։ Նույնը տեղի է ունենում ջրի աղիության և ճնշման բարձրացման դեպքում, որը մեծանում է ջրի խորության բարձրացման հետ: Թերմոկլինների նման երևույթը կարող է հատուկ դեր ունենալ արագության վրա։ Սրանք այն վայրերն են, որտեղ նրանք հանդիպում են տարբեր ջերմաստիճաններջրի շերտեր.
Նաև նման վայրերում տարբեր է (տարբերության պատճառով ջերմաստիճանի պայմանները) Իսկ երբ ձայնային ալիքներն անցնում են տարբեր խտության նման շերտերով, կորցնում են մեծ մասըքո ուժից։ Երբ ձայնային ալիքը հարվածում է թերմոկլինին, այն մասամբ կամ երբեմն ամբողջությամբ արտացոլվում է (արտացոլման աստիճանը կախված է ձայնի անկումից), որից հետո այս վայրի մյուս կողմում ձևավորվում է ստվերային գոտի։ Եթե դիտարկենք օրինակ, երբ ձայնի աղբյուրգտնվում է թերմոկլինից վերև գտնվող ջրային տարածքում, այնուհետև դրա տակ ոչ միայն դժվար, այլև գործնականում անհնար կլինի որևէ բան լսել:
Որոնք արտանետվում են մակերեսի վերևում, երբեք չեն լսվում հենց ջրի մեջ: Իսկ ջրի շերտի տակ հակառակն է լինում՝ վերեւում չի հնչում։ Պայծառ դրանՕրինակ՝ ժամանակակից ջրասուզակները: Նրանց լսողությունը մեծապես նվազում է այն պատճառով, որ ջուրն ազդում է նրանց վրա, իսկ ջրի մեջ ձայնի բարձր արագությունը նվազեցնում է այն ուղղությունը որոշելու որակը, որտեղից այն շարժվում է: Սա բթացնում է ձայնը ընկալելու ստերեոֆոնիկ ունակությունը:
Ջրի շերտի տակ այն մարդու ականջ է մտնում ամենից շատ գլխի գանգի ոսկորներով, այլ ոչ, ինչպես մթնոլորտում, թմբկաթաղանթով։ Այս գործընթացի արդյունքը դրա ընկալումն է միաժամանակ երկու ականջներով։ Այս պահին մարդու ուղեղը չի կարողանում տարբերել այն վայրերը, որտեղից են ազդանշանները գալիս և ինչ ինտենսիվությամբ։ Արդյունքը այն գիտակցության առաջացումն է, որ ձայնը կարծես թե միաժամանակ գլորվում է բոլոր կողմերից, թեև դա հեռու է դեպքից:
Բացի վերը նկարագրվածից, ջրի ձայնային ալիքներն ունեն այնպիսի հատկություններ, ինչպիսիք են կլանումը, շեղումը և ցրումը: Առաջինն այն է, երբ աղի ջրում ձայնի ուժգնությունը աստիճանաբար մարում է ջրային միջավայրի և դրա մեջ պարունակվող աղերի շփման պատճառով: Դիվերգենցիան դրսևորվում է ձայնի աղբյուրից հեռավորության վրա: Այն կարծես լույսի պես լուծվում է տարածության մեջ, և արդյունքում նրա ինտենսիվությունը զգալիորեն նվազում է։ Եվ տատանումները լիովին անհետանում են շրջակա միջավայրի բոլոր տեսակի խոչընդոտների և անհամասեռությունների կողմից ցրվելու պատճառով:
Երկար հեռավորությունների վրա ձայնային էներգիան անցնում է միայն մեղմ ճառագայթներով, որոնք չեն դիպչում օվկիանոսի հատակին ամբողջ ճանապարհով: Այս դեպքում շրջակա միջավայրի կողմից ձայնի տարածման տիրույթի վրա դրված սահմանափակումը ծովի ջրում դրա կլանումն է: Կլանման հիմնական մեխանիզմը կապված է թուլացման գործընթացների հետ, որոնք ուղեկցում են խանգարմանը ակուստիկական ալիքով թերմոդինամիկական հավասարակշռության ջրում լուծարված աղերի իոնների և մոլեկուլների միջև: Հարկ է նշել, որ գլխավոր դերըՁայնային հաճախականությունների լայն տիրույթում կլանման մեջ պատկանում է մագնեզիումի ծծմբի աղին MgSO4, թեև տոկոսըծովի ջրում դրա պարունակությունը շատ փոքր է՝ գրեթե 10 անգամ պակաս, քան, օրինակ, քարի աղի NaCl-ը, որը, այնուամենայնիվ, որևէ նկատելի դեր չի խաղում ձայնի կլանման գործում:
Ծովի ջրի մեջ կլանումը, ընդհանուր առմամբ, ավելի մեծ է, որքան բարձր է ձայնի հաճախականությունը: 3-5-ից հաճախականություններով գոնե 100 կՀց, որտեղ վերը նշված մեխանիզմը գերակշռում է, կլանումը համաչափ է հաճախականությանը մոտավորապես 3/2-ի հզորությանը: Ավելի ցածր հաճախականություններում ակտիվանում է կլանման նոր մեխանիզմ (հնարավոր է, ջրի մեջ բորի աղերի առկայության պատճառով), որը հատկապես նկատելի է դառնում հարյուրավոր հերցերի միջակայքում; Այստեղ կլանման մակարդակը անոմալիորեն բարձր է և զգալիորեն ավելի դանդաղ է նվազում հաճախականության նվազմամբ:
Ծովի ջրի մեջ կլանման քանակական բնութագրերը ավելի պարզ պատկերացնելու համար մենք նշում ենք, որ այս ազդեցության շնորհիվ 100 Հց հաճախականությամբ ձայնը 10 անգամ թուլանում է 10 հազար կմ ճանապարհի վրա, իսկ 10 կՀց հաճախականությամբ՝ հեռավորությունը ընդամենը 10 կմ (Նկար 2): Այսպիսով, միայն ցածր հաճախականության ձայնային ալիքները կարող են օգտագործվել միջքաղաքային ստորջրյա հաղորդակցության, ստորջրյա խոչընդոտների հեռահար հայտնաբերման և այլնի համար։
Նկար 2 - Հեռավորություններ, որոնցում տարբեր հաճախականությունների ձայները թուլանում են 10 անգամ ծովի ջրում տարածվելիս:
20-2000 Հց հաճախականության տիրույթի լսելի հնչյունների շրջանում ջրի տակ միջին ինտենսիվության ձայների տարածման միջակայքը հասնում է 15-20 կմ-ի, իսկ ուլտրաձայնային շրջանում՝ 3-5 կմ-ի։
Ելնելով լաբորատոր պայմաններում փոքր ծավալներով ջրի մեջ դիտարկված ձայնի թուլացման արժեքներից, կարելի է ակնկալել զգալիորեն ավելի մեծ միջակայքեր: Այնուամենայնիվ, բնական պայմաններում, բացի բուն ջրի հատկություններից առաջացած թուլացումից (այսպես կոչված մածուցիկ թուլացում), դրա ցրումը և կլանումը միջավայրի տարբեր անհամասեռություններով նույնպես ազդում են դրա վրա:
Ձայնի բեկումը կամ ձայնային ճառագայթի ուղու կորությունը պայմանավորված է ջրի հատկությունների տարասեռությամբ, հիմնականում ուղղահայաց, երեք հիմնական պատճառներով. ջրի զանգվածի տաքացում արևի ճառագայթներով. Այս պատճառների համակցված ազդեցության արդյունքում ձայնի տարածման արագությունը, որը քաղցրահամ ջրի համար կազմում է մոտ 1450 մ/վրկ և ծովի ջրի համար մոտ 1500 մ/վրկ, փոխվում է խորության հետ, և փոփոխության օրենքը կախված է ժամանակից։ տարվա, օրվա ժամը, ջրամբարի խորությունը և մի շարք այլ պատճառներ: Աղբյուրից որոշակի անկյան տակ դեպի հորիզոն դուրս եկող ձայնային ճառագայթները թեքվում են, իսկ թեքության ուղղությունը կախված է միջավայրում ձայնի արագությունների բաշխումից։ Ամռանը, երբ վերին շերտերը ավելի տաք են, քան ստորինները, ճառագայթները թեքվում են դեպի ներքև և հիմնականում արտացոլվում են հատակից՝ կորցնելով էներգիայի զգալի մասը։ Ընդհակառակը, ձմռանը, երբ ջրի ստորին շերտերը պահպանում են իրենց ջերմաստիճանը, իսկ վերին շերտերը սառչում են, ճառագայթները թեքվում են դեպի վեր և ջրի մակերևույթից ենթարկվում բազմաթիվ անդրադարձումների, որի ընթացքում շատ ավելի քիչ էներգիա է կորչում: Ուստի ձմռանը ձայնի տարածման տիրույթն ավելի մեծ է, քան ամռանը։ Ռեֆրակցիայի պատճառով, այսպես կոչված մեռած գոտիներ, այսինքն՝ աղբյուրին մոտ գտնվող տարածքներ, որտեղ լսելիություն չկա:
Ռեֆրակցիայի առկայությունը, սակայն, կարող է հանգեցնել ձայնի տարածման տիրույթի մեծացմանը՝ ջրի տակ հնչյունների գերհեռահար տարածման երեւույթը։ Ջրի մակերևույթի տակ ինչ-որ խորության վրա կա մի շերտ, որի մեջ ձայնը շարժվում է նվազագույն արագությամբ. Այս խորությունից բարձր ձայնի արագությունը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման պատճառով, իսկ այս խորությունից ցածր՝ խորության հետ հիդրոստատիկ ճնշման ավելացման պատճառով։ Այս շերտը մի տեսակ ստորջրյա ձայնային ալիք է: Ճառագայթը, որը շեղվել է ալիքի առանցքից դեպի վեր կամ վար, բեկման պատճառով, միշտ հակված է հետ ընկնելու դրա մեջ: Եթե այս շերտում տեղադրեք ձայնի աղբյուրը և ստացողը, ապա նույնիսկ միջին ինտենսիվության ձայները (օրինակ՝ 1-2 կգ փոքր լիցքերի պայթյունները) կարող են գրանցվել հարյուրավոր և հազարավոր կմ հեռավորությունների վրա։ Ստորջրյա ձայնային ալիքի առկայության դեպքում ձայնի տարածման տիրույթի զգալի աճ կարող է դիտվել, երբ ձայնի աղբյուրը և ստացողը գտնվում են ոչ թե պարտադիր ալիքի առանցքի մոտ, այլ, օրինակ, մակերեսի մոտ: Այս դեպքում ճառագայթները, բեկվելով դեպի ներքև, մտնում են խոր ծովային շերտեր, որտեղ շեղվում են դեպի վեր և նորից դուրս են գալիս մակերես աղբյուրից մի քանի տասնյակ կիլոմետր հեռավորության վրա։ Այնուհետև կրկնվում է ճառագայթների տարածման օրինաչափությունը և արդյունքում ձևավորվում է այսպես կոչված ճառագայթների հաջորդականություն։ երկրորդական լուսավորված գոտիներ, որոնք սովորաբար հայտնաբերվում են մի քանի հարյուր կմ հեռավորության վրա:
Բարձր հաճախականությամբ հնչյունների, մասնավորապես ուլտրաձայների տարածման վրա, երբ ալիքի երկարությունները շատ փոքր են, ազդում են փոքր անհամասեռությունները, որոնք սովորաբար հայտնաբերվում են բնական ջրային մարմիններում՝ միկրոօրգանիզմներ, գազի պղպջակներ և այլն: Այս անհամասեռությունները գործում են երկու ձևով՝ դրանք կլանում և ցրում են ձայնային ալիքների էներգիան։ Արդյունքում ձայնային թրթռումների հաճախականության մեծացմանը զուգընթաց նվազում է դրանց տարածման տիրույթը։ Այս ազդեցությունը հատկապես նկատելի է ջրի մակերեսային շերտում, որտեղ ամենաշատ անհամասեռություններն են։ Անհամասեռություններով ձայնի ցրումը, ինչպես նաև ջրի և հատակի անհավասար մակերևույթները առաջացնում են ստորջրյա արձագանքման երևույթ, որն ուղեկցում է ձայնային իմպուլսի ուղարկմանը. ձայնային իմպուլսի երկարացում, որը շարունակվում է դրա ավարտից հետո՝ փակ տարածություններում նկատվող արձագանքի նման։ Ստորջրյա արձագանքը բավականին նշանակալի միջամտություն է հիդրոակուստիկայի մի շարք գործնական կիրառությունների համար, մասնավորապես՝ սոնարների համար:
Ստորջրյա հնչյունների տարածման շրջանակը նույնպես սահմանափակվում է այսպես կոչված. ծովի սեփական աղմուկները, որոնք ունեն երկակի ծագում. Աղմուկի մի մասը առաջանում է ջրի մակերևույթի վրա ալիքների ներգործությունից, ծովային ճամփորդությունից, գլորվող խճաքարերի աղմուկից և այլն։ Մյուս մասը կապված է ծովային կենդանական աշխարհի հետ. Սա ներառում է ձկների և այլ ծովային կենդանիների ձայները:
