Legile de bază ale propagării sunetului includ legile reflectării și refracției sale la limitele diferitelor medii, precum și difracția sunetului și împrăștierea acestuia în prezența obstacolelor și a omogenităților în mediu și la interfețele dintre medii.

Distanța de absorbție a sunetului este influențată de factorul de absorbție a sunetului, adică de transferul ireversibil al energiei undelor sonore în alte tipuri de energie, în special în căldură. Un factor important este, de asemenea, direcția radiației și viteza de propagare a sunetului, care depinde de mediu și de starea sa specifică.

Undele acustice se propagă de la sursa de sunet în toate direcțiile. Dacă o undă sonoră trece printr-o gaură relativ mică, atunci se propagă în toate direcțiile și nu merge într-un fascicul direcționat. De exemplu, sunetele de stradă care intră într-o cameră printr-o fereastră deschisă pot fi auzite în toate punctele, nu doar împotriva ferestrei.

Propagarea undelor sonore în apropierea unui obstacol depinde de raportul dintre dimensiunea obstacolului și lungimea de undă. Dacă dimensiunile obstacolului sunt mici în comparație cu lungimea de undă, atunci unda curge în jurul acestui obstacol, propagându-se în toate direcțiile.

Undele sonore, care pătrund de la un mediu la altul, se abat de la direcția lor inițială, adică sunt refractate. Unghiul de refracție poate fi mai mare sau mai mic decât unghiul de incidență. Depinde de ce mediu intră sunetul. Dacă viteza sunetului în al doilea mediu este mai mare, atunci unghiul de refracție va fi mai mare decât unghiul de incidență și invers.

Întâmpinând un obstacol pe drum, undele sonore sunt reflectate din acesta în conformitate cu o regulă strict definită - unghiul de reflexie egal cu unghiul cade - aceasta este legată de conceptul de ecou. Dacă sunetul sare de pe suprafețe multiple distanțe diferite, apar ecouri multiple.

Sunetul se propagă sub forma unei unde sferice divergente care umple totul volum mai mare... Odată cu creșterea distanței, vibrațiile particulelor mediului slăbesc, iar sunetul este împrăștiat. Se știe că pentru a crește distanța de transmisie, sunetul trebuie concentrat într-o direcție dată. Când vrem, de exemplu, să fim auziți, ne dăm mâinile la gură sau folosim un muștiuc.

Difracția, adică îndoirea fasciculelor sonore, are o mare influență asupra gamei de propagare a sunetului. Cu cât mediul este mai eterogen, cu atât raza sonoră este îndoită și, prin urmare, cu atât este mai mică distanța de propagare a sunetului.

Propagarea sunetului

Undele sonore pot circula prin aer, gaze, lichide și solide... Valurile nu apar în spațiul fără aer. Acest lucru este ușor de verificat printr-o experiență simplă. Dacă soneria electrică este plasată sub o capotă etanșă din care a fost evacuat aerul, nu vom auzi niciun sunet. Dar de îndată ce capota este umplută cu aer, se produce sunet.

Viteza de propagare a mișcărilor vibraționale de la particulă la particulă depinde de mediu. În cele mai vechi timpuri, războinicii își puneau urechile la pământ și astfel detectau cavaleria inamicului mult mai devreme decât apărea în câmpul vizual. Și faimosul om de știință Leonardo Da Vinci scria în secolul al XV-lea: „Dacă tu, fiind pe mare, pui gaura țevii în apă și îți pui celălalt capăt la ureche, vei auzi zgomotul navelor foarte îndepărtate de tine”.

Viteza de propagare a sunetului în aer a fost măsurată pentru prima dată în secolul al XVII-lea de Academia de Științe din Milano. Un tun a fost instalat pe unul dintre dealuri, iar pe celălalt un loc de observație. Timpul a fost detectat atât în ​​momentul fotografierii (prin bliț), cât și în momentul recepției sunetului. Din distanța dintre punctul de observare și pistol și timpul de origine al semnalului, viteza de propagare a sunetului nu mai era dificil de calculat. S-a dovedit a fi egal cu 330 de metri pe secundă.

În apă, viteza de propagare a sunetului a fost măsurată pentru prima dată în 1827 pe lacul Geneva. Cele două bărci erau la o distanță de 13847 metri una de alta. Pe primul, un clopot a fost suspendat sub fund, iar pe al doilea, un hidrofon simplu (corn) a fost coborât în ​​apă. Pe prima barcă, praful de pușcă a fost dat foc în același timp cu clopotul, pe al doilea, în momentul fulgerului, observatorul a pornit cronometrul și a început să aștepte semnalul sonor din clopot. S-a dovedit că sunetul se propagă în apă în 4 secunde de mai multe ori mai rapid decât în ​​aer, adică cu o viteză de 1450 metri pe secundă.

Viteza de propagare a sunetului

Cu cât elasticitatea mediului este mai mare, cu atât este mai mare viteza: în cauciuc50, în aer330, în apă1450 și în oțel - 5000 de metri pe secundă. Dacă am fi la Moscova, am putea să strigăm atât de tare încât sunetul să ajungă la Sankt Petersburg, atunci am fi auziți acolo doar după o jumătate de oră, iar dacă sunetul se va propaga la aceeași distanță în oțel, ar fi primit în două minute .

Viteza de propagare a sunetului este influențată de starea aceluiași mediu. Când spunem că sunetul se propagă în apă la o viteză de 1450 de metri pe secundă, acest lucru nu înseamnă deloc asta în nicio apă și în niciun fel de condiții. Cu o creștere a temperaturii și a salinității apei, precum și cu o creștere a adâncimii și, prin urmare presiune hidrostatica viteza sunetului crește. Sau ia oțel. Și aici, viteza sunetului depinde atât de temperatură, cât și de compoziția calitativă a oțelului: cu cât conține mai mult carbon, cu atât este mai greu, cu atât sunetul se propagă mai repede în el.

Întâmpinând un obstacol pe drum, undele sonore sunt reflectate strict din el o anumită regulă: Unghiul de reflexie este același cu unghiul de incidență. Undele sonore care vin din aer vor fi reflectate aproape complet în sus de la suprafața apei, iar undele sonore care provin dintr-o sursă din apă sunt reflectate în jos din apă.

Undele sonore, care pătrund de la un mediu la altul, se abat de la poziția lor originală, adică refractat. Unghiul de refracție poate fi mai mare sau mai mic decât unghiul de incidență. Depinde din ce mediu sunetul intră. Dacă viteza sunetului în al doilea mediu este mai mare decât în ​​primul, atunci unghiul de refracție va fi mai mare decât unghiul de incidență și invers.

În aer, undele sonore se propagă sub forma unei unde sferice divergente, care umple un volum din ce în ce mai mare, deoarece vibrațiile particulelor cauzate de sursele sonore sunt transmise către masa de aer. Cu toate acestea, pe măsură ce distanța crește, vibrațiile particulelor devin mai slabe. Se știe că pentru a crește distanța de transmisie, sunetul trebuie concentrat într-o direcție dată. Când vrem să fim auziți mai bine, ne dăm mâinile la gură sau folosim un muștiuc. În acest caz, sunetul va fi atenuat mai puțin, iar undele sonore se vor propaga mai departe.

Odată cu creșterea grosimii peretelui, sunetul sonarului la frecvențe medii joase crește, dar rezonanța de coincidență "insidioasă", care provoacă sufocarea sunetului, începe să apară frecvențe joaseși surprinde o zonă mai largă a acestora.

Hidroacustică (din greacă. hydor- apă, akusticoc- auditiv) - știința fenomenelor care apar în mediul acvatic și asociate cu propagarea, emisia și recepția undelor acustice. Acesta include dezvoltarea și crearea de dispozitive hidroacustice destinate utilizării în mediul acvatic.

Istoria dezvoltării

Hidroacustică este o știință care se dezvoltă rapid și are, fără îndoială, un mare viitor. Apariția sa a fost precedată de drum lung dezvoltarea acusticii teoretice și aplicate. Primele informații despre manifestarea interesului uman în propagarea sunetului în apă le găsim în notele celebrului om de știință al Renașterii Leonardo da Vinci:

Primele măsurători ale distanței prin intermediul sunetului au fost făcute de cercetătorul rus Academician Ya. D. Zakharov. La 30 iunie 1804, a zburat spre balon cu aer caldîn scopuri științifice și în acest zbor, el a folosit reflexia sunetului de la suprafața pământului pentru a determina altitudinea zborului. În timp ce se afla în coșul mingii, a strigat puternic în claxon, arătând în jos. După 10 secunde, a apărut un ecou distinct. Din aceasta, Zaharov a concluzionat că înălțimea sferei de deasupra solului a fost de aproximativ 5 x 334 = 1670 m. Această metodă a stat la baza radioului și a sonarului.

Odată cu dezvoltarea întrebărilor teoretice, în Rusia au fost efectuate studii practice ale fenomenelor de propagare a sunetelor în mare. Amiral S.O. Makarov în 1881 - 1882 a propus utilizarea unui dispozitiv numit fluktometru pentru a transmite informații despre debitul sub apă. Acesta a fost începutul dezvoltării industrie nouăștiință și tehnologie - telemetrie hidroacustică.

Diagrama stației hidrofonice a plantei baltice, model 1907: 1 - pompă de apă; 2 - conductă; 3 - regulator de presiune; 4 - obturator hidraulic electromagnetic (supapă telegrafică); 5 - cheie telegrafică; 6 - radiator cu membrană hidraulică; 7 - latura navei; 8 - un rezervor cu apă; 9 - microfon sigilat

În anii 1890. la șantierul naval din Marea Baltică, la inițiativa căpitanului de rangul II M. Beklemishev, au început lucrările la dezvoltarea dispozitivelor de comunicații hidroacustice. Primele teste ale unui emițător hidroacustic pentru comunicații sonore subacvatice au fost efectuate în sfârșitul XIX v. în bazinul experimental din portul Galernaya din Sankt Petersburg. Vibrațiile emise de acesta au fost bine monitorizate timp de 7 verste pe farul plutitor Nevsky. Ca urmare a cercetărilor din 1905. a creat primul dispozitiv de comunicație hidroacustică, în care o sirenă specială subacvatică controlată de o cheie telegrafică a jucat rolul unui dispozitiv de transmisie, iar un microfon din carbon fixat din interior la corpul navei servea ca receptor de semnal. Semnalele au fost înregistrate de aparatul Morse și de ureche. Ulterior, sirena a fost înlocuită cu un emițător de tip membrană. Eficiența dispozitivului, numită stație hidrofonică, s-a îmbunătățit semnificativ. Încercări pe mare statie noua a avut loc în martie 1908. pe Marea Neagră, unde gama de recepție de semnal fiabilă depășea 10 km.

Primele stații de comunicații sonare în serie proiectate de șantierul naval Baltic în 1909-1910. instalat pe submarine "Crap", "Pivot", "Sterlet", « Macrou" și " Biban". La instalarea stațiilor pe submarine, pentru a reduce interferențele, receptorul a fost amplasat într-un carenaj special, tractat în spatele pupei pe o frânghie. Britanicii au ajuns la o astfel de decizie numai în timpul primului război mondial. Apoi, această idee a fost uitată și abia la sfârșitul anilor 1950 a fost din nou folosită tari diferite la crearea stațiilor de navă sonar anti-blocare.

Impulsul pentru dezvoltarea hidroacusticii a fost primul război mondial. În timpul războiului, țările Antantei au suferit mari pierderi ale comerciantului și marinei datorită acțiunilor submarinelor germane. Era nevoie să găsim un mijloc de a face față acestora. În curând au fost găsiți. Un submarin subacvatic poate fi auzit de zgomotul generat de eliceși mecanisme de lucru. Dispozitivul, care detectează obiecte zgomotoase și determină locația lor, a fost numit detector de direcție a sunetului. Fizicianul francez P. Langevin, în 1915, a propus utilizarea unui receptor sensibil din sare Rochelle pentru prima stație de detectare a zgomotului.

Bazele hidroacusticii

Caracteristici ale propagării undelor acustice în apă

Componentele evenimentului de apariție a ecoului.

Începutul cuprinzător și cercetare de baza cu privire la propagarea undelor acustice în apă a fost stabilită în timpul celui de-al doilea război mondial, care a fost dictat de necesitatea de a rezolva sarcini practice marineși în primul rând submarine. Lucrările experimentale și teoretice au continuat în anii postbelici și au fost rezumate într-o serie de monografii. În urma acestor lucrări, au fost identificate și rafinate unele caracteristici ale propagării undelor acustice în apă: absorbție, atenuare, reflexie și refracție.

Absorbția energiei undelor acustice în apa de mare cauzată de două procese: frecarea internă a mediului și disocierea sărurilor dizolvate în acesta. Primul proces transformă energia unei unde acustice în căldură, iar al doilea, transformându-se în energie chimică, îndepărtează moleculele dintr-o stare de echilibru și acestea se descompun în ioni. Acest tip de absorbție crește brusc odată cu creșterea frecvenței vibrațiilor acustice. Prezența particulelor suspendate, a microorganismelor și a anomaliilor de temperatură în apă duce, de asemenea, la atenuarea undei acustice din apă. De regulă, aceste pierderi sunt mici și sunt incluse în absorbția totală, cu toate acestea, uneori, ca, de exemplu, în cazul dispersării de pe urma unei nave, aceste pierderi pot fi de până la 90%. Prezența anomaliilor de temperatură duce la faptul că unda acustică intră în zonele acustice de umbră, unde poate suferi reflexii multiple.

Prezența interfețelor apă-aer și apă-fund duce la reflectarea unei unde acustice de la acestea și, dacă în primul caz, unda acustică este reflectată complet, atunci în al doilea caz, coeficientul de reflexie depinde de materialul de jos: slab reflectă fundul noroios, bine - nisipos și pietros ... La adâncimi superficiale, datorită reflexelor multiple ale undei acustice dintre fund și suprafață, apare un canal sonor subacvatic, în care unda acustică se poate propaga pe distanțe mari. O schimbare a amplorii vitezei sunetului la diferite adâncimi duce la curbarea „razelor” sonore - refracție.

Refracția sunetului (îndoirea traseului fasciculului sonor)

Refracția sunetului în apă: a - vara; b - iarna; în stânga - schimbarea vitezei cu adâncimea. Viteza de propagare a sunetului se modifică odată cu adâncimea, iar modificările depind de perioada anului și a zilei, de adâncimea rezervorului și de o serie de alte motive. Razele sonore emanate de la sursă la un anumit unghi față de orizont sunt îndoite, iar direcția îndoirii depinde de distribuția vitezei sunetului în mediu: vara, când straturile superioare sunt mai calde decât cele inferioare, razele se îndoaie în jos și în cele mai multe cazuri se reflectă de jos, pierzând o parte semnificativă din energia lor; iarna, când straturile inferioare ale apei își păstrează temperatura, în timp ce straturile superioare sunt răcite, razele se îndoaie în sus și se reflectă în mod repetat de la suprafața apei, în timp ce se pierde mult mai puțină energie. Prin urmare, iarna, gama de propagare a sunetului este mai mare decât vara. Distribuția verticală a vitezei sunetului (VRS) și gradientul de viteză au o influență decisivă asupra propagării sunetului în mediul marin... Distribuția vitezei sunetului în diferite regiuni ale Oceanului Mondial este diferită și se modifică în timp. Sunt câteva cazuri tipice VRSZ:

Răspândirea și absorbția sunetului prin neomogenități ale mediului.

Propagarea sunetului în sunetul subacvatic. canal: a - schimbarea vitezei sunetului cu adâncimea; b - calea razelor în canalul sonor. Propagarea sunetelor de înaltă frecvență, atunci când lungimile de undă sunt foarte mici, este influențată de mici neomogenități care se găsesc de obicei în rezervoarele naturale: bule de gaz, microorganisme etc. Aceste neomogenități acționează în două moduri: absorb și disipă energia sunetului. valuri. Ca urmare, odată cu creșterea frecvenței vibrațiilor sonore, gama de propagare a acestora scade. Acest efect se remarcă mai ales în Strat de suprafață apă, unde există cele mai multe eterogenități. Răspândirea sunetului prin nereguli, precum și neregularitățile suprafeței apei și a fundului, determină fenomenul de reverberație subacvatică care însoțește trimiterea unui impuls sonor: undele sonore, reflectând dintr-un set de neomogenități și fuzionând, dau un strângerea pulsului sonor, care continuă după sfârșitul acestuia. Limitele domeniului de propagare a sunetelor subacvatice sunt, de asemenea, limitate de zgomotul intrinsec al mării, care are o dublă origine: o parte din zgomot provine din impactul valurilor pe suprafața apei, din surful mării, din zgomotul pietricele rulante, etc; cealaltă parte este asociată cu fauna marină (sunete produse de organisme acvatice: pești și alte animale marine). Biohidroacustica se ocupă de acest aspect foarte serios.

Distanța de propagare a undelor sonore

Gama de propagare a undelor sonore este o funcție complexă a frecvenței radiațiilor, care este legată în mod unic de lungimea de undă a semnalului acustic. După cum știți, semnalele acustice de înaltă frecvență sunt atenuate rapid datorită absorbției puternice de către mediul apos. Semnalele de joasă frecvență, pe de altă parte, sunt capabile să se propage pe distanțe mari în mediul acvatic. Astfel, un semnal acustic cu o frecvență de 50 Hz se poate propaga în ocean pe distanțe de mii de kilometri, în timp ce un semnal cu o frecvență de 100 kHz, tipic pentru sonarul cu aspect lateral, are un domeniu de propagare de numai 1-2 km . Domeniile de funcționare aproximative ale sonarelor moderne cu frecvență semnal acustică diferită (lungime de undă) sunt date în tabel:

Domenii de utilizare.

Hidroacustica a primit o largă uz practicîntrucât nu a fost creat încă sistem eficient transmisie undele electromagnetice sub apă la orice distanță considerabilă, iar sunetul este, prin urmare, singurul mijloace posibile comunicații sub apă. În aceste scopuri, utilizează frecvențe de sunet de la 300 la 10.000 Hz și ultrasunete de la 10.000 Hz și peste. Emițătoarele și hidrofoanele electrodinamice și piezoelectrice sunt utilizate ca emițătoare și receptoare în regiunea sonoră și piezoelectrice și magnetostrictive în regiunea cu ultrasunete.

Cele mai semnificative aplicații ale hidroacusticii:

• Pentru rezolvarea problemelor militare;
• Navigație marină;
• Comunicare subacvatică;
• Explorarea peștilor;
• Cercetări oceanologice;
• Domenii de activitate pentru dezvoltarea bogățiilor din fundul Oceanului Mondial;
• Folosirea acusticii în piscină (acasă sau într-un centru de antrenament de înot sincronizat)
• Antrenarea animalelor marine.

Note (editați)

Literatură și surse de informații

LITERATURĂ:

• V.V. Shuleikin Fizica mării... - Moscova: „Știința”, 1968 .. - 1090 p.
• IN ABSENTA. Română Bazele hidroacusticii... - Moscova: „Construcții navale”, 1979 - 105 p.
• Yu.A. Koryakin Sisteme hidroacustice... - Sankt Petersburg: „Știința Sankt Petersburgului și puterea marină a Rusiei”, 2002 .. - 416 p.

>> Fizică: Sunet în medii diferite

Pentru propagarea sunetului este necesar un mediu elastic. În vid, undele sonore nu se pot propaga, deoarece nu există nimic de vibrat acolo. Acest lucru poate fi verificat printr-o experiență simplă. Dacă așezăm un clopot electric sub un clopot de sticlă, atunci pe măsură ce aerul este pompat de sub clopot, vom constata că sunetul clopotului va deveni din ce în ce mai slab până se oprește complet.

Sunet în gaze... Se știe că, în timpul unei furtuni, mai întâi vedem un fulger și abia după un timp auzim tunetele (Fig. 52). Această întârziere apare datorită faptului că viteza sunetului în aer este mult mai mică decât viteza luminii provenite de la fulgere.

Viteza sunetului în aer a fost măsurată pentru prima dată în 1636 de către omul de știință francez M. Mersenne. La o temperatură de 20 ° C, este egal cu 343 m / s, adică 1235 km / h. Rețineți că la această valoare viteza unui glonț tras de la o mitralieră Kalashnikov (PK) scade la o distanță de 800 m. Viteza botului glonțului este de 825 m / s, ceea ce este semnificativ mai mare decât viteza sunetului în aer. Prin urmare, o persoană care a auzit sunetul unei lovituri sau fluierul unui glonț nu trebuie să se îngrijoreze: acest glonț a trecut deja de el. Glonțul depășește sunetul împușcatului și ajunge la victima sa înainte de a sosi sunetul.

Viteza sunetului depinde de temperatura mediului: cu o creștere a temperaturii aerului, crește și, cu o scădere, scade. La 0 ° C, viteza sunetului în aer este de 331 m / s.

În diferite gaze, sunetul se propagă din viteză diferită... Cu cât masa moleculelor de gaz este mai mare, cu atât viteza sunetului este mai mică. Deci, la o temperatură de 0 ° C, viteza sunetului în hidrogen este de 1284 m / s, în heliu - 965 m / s, iar în oxigen - 316 m / s.

Sunet în lichide... Viteza sunetului în lichide este în general mai mare decât viteza sunetului în gaze. Viteza sunetului în apă a fost măsurată pentru prima dată în 1826 de J. Colladon și J. Sturm. Ei și-au efectuat experimentele pe Lacul Geneva din Elveția (Fig. 53). Pe o barcă, praful de pușcă a fost incendiat și, în același timp, a lovit un clopot, coborât în ​​apă. Sunetul acestui clopot, cu ajutorul unui claxon special, de asemenea coborât în ​​apă, a fost prins pe o altă barcă, aflată la o distanță de 14 km de prima. Intervalul de timp dintre un fulger de lumină și sosirea unui semnal sonor a fost utilizat pentru a determina viteza sunetului în apă. La o temperatură de 8 ° C, sa dovedit a fi de aproximativ 1440 m / s.

La granița dintre două medii diferite, o parte a undei sonore este reflectată, iar o parte trece mai departe. Când sunetul trece din aer în apă, 99,9% din energia sonoră este reflectată înapoi, cu toate acestea, presiunea din unda sonoră care a trecut în apă este de aproape 2 ori mai mare. Aparatul auditiv al peștilor răspunde chiar la acest lucru. Prin urmare, de exemplu, sunt țipete și zgomote deasupra suprafeței apei calea cea buna sperie viața marină... O persoană care se află sub apă nu va fi asurzită de aceste țipete: atunci când este scufundată în apă, „dopurile” de aer îi vor rămâne în urechi, ceea ce îl va salva de supraîncărcarea sunetului.

Când sunetul trece din apă în aer, 99,9% din energie este reflectată din nou. Dar dacă în timpul tranziției de la aer la apă presiunea sonoră a crescut, acum, dimpotrivă, scade brusc. Din acest motiv, de exemplu, sunetul care apare sub apă atunci când o piatră lovește alta nu ajunge la o persoană în aer.

Acest comportament al sunetului la granița dintre apă și aer a dat naștere strămoșilor noștri de luat în considerare Lumea subacvatica„o lume a tăcerii”. De aici și expresia: „El este ca un pește”. Cu toate acestea, Leonardo da Vinci a sugerat, de asemenea, să ascultați sunete subacvatice, să vă puneți urechea la vâslă, coborâtă în apă. Folosind această metodă, vă puteți asigura că peștii sunt de fapt destul de vorbăreți.

Sunet în solide... Viteza sunetului în solide este mai mare decât în ​​lichide și gaze. Dacă vă puneți urechea pe șină, veți auzi două sunete după ce ați lovit celălalt capăt al șinei. Una dintre ele va ajunge la ureche de-a lungul șinei, cealaltă prin aer.

Solul are o bună conductivitate a sunetului. Prin urmare, pe vremuri, în timpul unui asediu, „zidurile cetății” erau așezate „ascultători”, care, prin sunetul transmis de sol, puteau determina dacă inamicul ducea sau nu la un tunel către ziduri. Punând urechea la pământ, au urmărit și apropierea cavaleriei inamice.

Solidele conduc bine sunetul. Datorită acestui fapt, persoanele care și-au pierdut auzul sunt uneori capabile să danseze pe muzică care ajunge la nervii lor auditivi nu prin aer și urechea exterioară, ci prin podea și oase.

1. De ce în timpul unei furtuni, mai întâi vedem fulgere și abia apoi auzim tunete? 2. Ce determină viteza sunetului în gaze? 3. De ce o persoană care stă pe malul unui râu nu aude sunete care apar sub apă? 4. De ce „zvonurile” care în timpurile străvechi urmăreau lucrările de terasament ale inamicului erau orbi de multe ori?

Sarcină experimentală ... Punerea pe un capăt al unei scânduri (sau o riglă lungă din lemn) ceas de mână, pune urechea la celălalt capăt. Ce auzi? Explicați fenomenul.

S.V. Gromov, N.A. Patrie, fizică clasa a 8-a

Trimis de cititori de pe site-uri de internet

Planificare fizică, planuri de lecții de fizică, program școlar, manuale și cărți despre fizică pentru clasa a 8-a, cursuri și lucrări de fizică pentru clasa a 8-a

Conținutul lecției schița lecției suport cadru prezentare lecție metode accelerative tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de auto-testare, instruiri, cazuri, căutări teme discuții întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, diagrame cu imagini, tabele, scheme umor, anecdote, distracție, pilde de benzi desenate, zicători, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole jetoane pentru foile de trucuri curioase manuale de bază vocabular de bază și suplimentar al termenilor altele Îmbunătățirea manualelor și a lecțiilorremedieri de erori în tutorial actualizarea unui fragment din manual elemente de inovație în lecție înlocuind cunoștințele învechite cu altele noi Numai pentru profesori lecții perfecte plan calendaristic timp de un an instrucțiuni agenda de discuții Lecții integrate

Sunetul este una dintre componentele vieții noastre și o persoană o aude peste tot. Pentru a lua în considerare acest fenomen mai detaliat, mai întâi trebuie să înțelegeți conceptul în sine. Pentru a face acest lucru, trebuie să vă referiți la enciclopedie, unde este scris că „sunetul este unde elastice răspândindu-se la oricare mediu elasticși creând în el vibrații mecanice ”. Vorbind mai mult limbaj simplu- acestea sunt vibrații sonore în orice mediu. Principalele caracteristici ale sunetului depind de ceea ce este. În primul rând, viteza de propagare, de exemplu, în apă diferă de un alt mediu.

Orice analog sunet are anumite proprietăți ( Caracteristici fizice) și calități (reflectarea acestor semne în senzațiile umane). De exemplu, durată-durată, frecvență-ton, compoziție-timbru și așa mai departe.

Viteza sunetului în apă este mult mai mare decât, să zicem, în aer. În consecință, se răspândește mai repede și se aude mult mai departe. Acest lucru se datorează densității moleculare ridicate. mediul acvatic... Este de 800 de ori mai dens decât aerul și oțelul. Rezultă că propagarea sunetului depinde în mare măsură de mediu. Să ne întoarcem la cifre specifice. Deci, viteza sunetului în apă este de 1430 m / s, în aer - 331,5 m / s.

Sunetul de joasă frecvență, cum ar fi zgomotul produs de motorul unei nave care funcționează, este întotdeauna auzit puțin mai devreme decât apare nava la vedere. Viteza sa depinde de mai multe lucruri. Dacă temperatura apei crește, atunci, în mod natural, viteza sunetului în apă crește. Același lucru se întâmplă cu o creștere a salinității și presiunii apei, care crește odată cu creșterea adâncimii corpului de apă. Un rol special asupra vitezei poate fi jucat de un astfel de fenomen ca termoclina. Acestea sunt locurile unde temperaturi diferite straturi de apă.

De asemenea, în astfel de locuri este diferit (datorită diferenței în condiții de temperatură). Și când undele sunetului trec prin astfel de straturi de densitate diferită, ele pierd cel mai puterea ta. După ce s-a ciocnit cu o termoclină, unda sonoră este reflectată parțial și, uneori, complet (gradul de reflexie depinde de unghiul la care cade sunetul), după care, de cealaltă parte a acestui loc, se formează o zonă de umbră. Dacă luăm în considerare un exemplu când sursa de sunet este situat în spațiul de apă de deasupra termoclinei, apoi deja sub acesta va fi nu numai dificil să auziți ceva, ci aproape imposibil.

Cei care emană deasupra suprafeței nu se aud niciodată în apa însăși. Și invers, se întâmplă când se află sub stratul de apă: deasupra acestuia, nu sună. Luminoasă pentru un exemplu îl reprezintă scafandrii moderni. Auzul lor este mult redus datorită faptului că apa afectează și viteza mare a sunetului în apă reduce calitatea determinării direcției din care se mișcă. Acest lucru atenuează capacitatea stereofonică de a percepe sunetul.

Sub stratul de apă, acestea intră în urechea umană mai ales prin oasele craniului capului și nu, ca în atmosferă, prin timpanele. Rezultatul acestui proces este percepția acestuia simultan cu ambele urechi. Creierul uman nu este capabil în acest moment să distingă locurile de unde vin semnalele și în ce intensitate. Rezultatul este apariția conștiinței că sunetul pare să se rostogolească din toate părțile în același timp, deși acest lucru este departe de a fi cazul.

Pe lângă cele de mai sus, undele sonore din apă au calități precum absorbția, divergența și împrăștierea. Primul este atunci când forța sunetului în apa sărată dispare treptat din cauza fricțiunii mediului apos și a sărurilor din acesta. Divergența se manifestă prin distanța sunetului de sursa sa. Se pare că se dizolvă în spațiu ca lumina și, ca urmare, intensitatea acesteia scade semnificativ. Și oscilațiile dispar complet datorită împrăștierii pe tot felul de obstacole, neomogenități ale mediului.

Pe distanțe mari, energia sonoră se propagă numai de-a lungul unor fascicule blânde care nu ating fondul oceanului de-a lungul întregii căi. În acest caz, limitarea impusă de mediu asupra gamei de propagare a sunetului este absorbția sa în apa de mare. Principalul mecanism de absorbție este asociat cu procesele de relaxare care însoțesc încălcarea de către o undă acustică de echilibru termodinamic între ioni și molecule de săruri dizolvate în apă. Trebuie remarcat faptul că rolul principalîn absorbție într - o gamă largă de frecvențe sonore aparține sării de sulfat de magneziu MgSO4, deși în procent conținutul său în apă de mare este foarte mic - de aproape 10 ori mai mic decât, de exemplu, NaCl sare de rocă, care, totuși, nu joacă niciun rol vizibil în absorbția sunetului.

Absorbția în apa de mare, în general vorbind, este cu atât mai mare, cu cât frecvența sunetului este mai mare. La frecvențe de la 3-5 la macar 100 kHz, dominat de mecanismul de mai sus, absorbția este proporțională cu frecvența cu puterea de aproximativ 3/2. La frecvențe mai mici, este activat un nou mecanism de absorbție (posibil asociat cu prezența sărurilor de bor în apă), care devine deosebit de vizibil în intervalul de sute de hertz; aici nivelul de absorbție este anormal de ridicat și scade mult mai încet cu frecvență descrescătoare.

Pentru a ne imagina mai clar caracteristicile cantitative ale absorbției în apa de mare, observăm că, datorită acestui efect, sunetul cu o frecvență de 100 Hz este atenuat de 10 ori pe o cale de 10 mii km și cu o frecvență de 10 kHz - la distanță de numai 10 km (Fig. 2). Astfel, numai undele sonore de joasă frecvență pot fi utilizate pentru comunicații subacvatice pe distanțe lungi, pentru detectarea pe distanțe lungi a obstacolelor subacvatice etc.

Figura 2 - Distanțele la care sunetele de frecvențe diferite sunt atenuate de un factor de 10 atunci când se propagă în apa de mare.

În zona sunetelor sonore pentru gama de frecvențe 20-2000 Hz, gama de propagare a sunetelor de intensitate medie sub apă atinge 15-20 km, iar în regiunea ultrasunetelor - 3-5 km.

Dacă pornim de la valorile de atenuare a sunetului observate în condiții de laborator în volume mici de apă, atunci ne-am aștepta la intervale mult mai lungi. Cu toate acestea, în condiții naturale, pe lângă amortizarea datorată proprietăților apei în sine (așa-numita amortizare vâscoasă), afectează și împrăștierea și absorbția acesteia prin diferite neomogenități ale mediului.

Refracția sunetului sau îndoirea traseului unui fascicul sonor este cauzată de neomogenitatea proprietăților apei, în principal de-a lungul verticalei, din trei motive principale: modificări ale presiunii hidrostatice cu adâncimea, modificări ale salinității și modificări ale temperatura datorată încălzirii inegale a masei de apă de către razele soarelui. Ca urmare a acțiunii combinate a acestor motive, viteza de propagare a sunetului, care este de aproximativ 1450 m / s pentru apa dulce și aproximativ 1500 m / s pentru apa de mare, se modifică cu adâncimea, iar legea schimbării depinde de anotimp. , ora din zi, adâncimea rezervorului și o serie de alte motive ... Fasciculele de sunet emise de la sursă la un anumit unghi față de orizont sunt îndoite, iar direcția îndoirii depinde de distribuția vitezei sunetului în mediu. Vara, când straturile superioare sunt mai calde decât cele inferioare, razele se îndoaie în jos și se reflectă în cea mai mare parte din partea de jos, în timp ce își pierd o parte semnificativă din energie. Dimpotrivă, iarna, când straturile inferioare de apă își mențin temperatura, în timp ce straturile superioare sunt răcite, razele se îndoaie în sus și suferă reflexii multiple de la suprafața apei, în care se pierde mult mai puțină energie. Prin urmare, iarna, gama de propagare a sunetului este mai mare decât vara. Ca urmare a refracției, așa-numitul. zone moarte, adică zone situate în apropierea sursei în care nu există audibilitate.

Cu toate acestea, prezența refracției poate duce la o creștere a gamei de propagare a sunetului - fenomenul propagării ultra-lungi a sunetelor sub apă. La o oarecare adâncime sub suprafața apei există un strat în care sunetul se propagă la viteza cea mai mică; deasupra acestei adâncimi, viteza sunetului crește datorită creșterii temperaturii, iar sub aceasta, datorită creșterii presiunii hidrostatice cu adâncimea. Acest strat este un fel de canal de sunet subacvatic. O rază deviată de la axa canalului în sus sau în jos, datorită refracției, tinde întotdeauna să intre înapoi în el. Dacă în acest strat sunt plasate o sursă de sunet și un receptor, atunci chiar și sunete de intensitate medie (de exemplu, explozii de sarcini mici de 1-2 kg) pot fi înregistrate la distanțe de sute și mii de kilometri. O creștere semnificativă a gamei de propagare a sunetului în prezența unui canal de sunet subacvatic poate fi observată atunci când sursa de sunet și receptorul sunt situate nu neapărat în apropierea axei canalului, ci, de exemplu, în apropierea suprafeței. În acest caz, razele, refractându-se în jos, pătrund în straturile de apă adâncă, unde deviază în sus și ies din nou la suprafață la o distanță de câteva zeci de kilometri de sursă. Mai mult, modelul propagării razelor se repetă și, ca rezultat, o secvență a așa-numitei. zone iluminate secundare, care sunt de obicei trasabile la distanțe de câteva sute de km.

Propagarea sunetelor de înaltă frecvență, în special a ultrasunetelor, atunci când lungimile de undă sunt foarte mici, este influențată de mici omogenități care se găsesc de obicei în rezervoarele naturale: microorganisme, bule de gaz etc. Aceste discontinuități funcționează în două moduri: absorb și disipă energia undelor sonore. Ca urmare, odată cu creșterea frecvenței vibrațiilor sonore, gama de propagare a acestora scade. Acest efect este pronunțat în special în stratul de suprafață al apei, unde există cele mai multe neomogenități. Răspândirea sunetului prin nereguli, precum și neregularitățile suprafeței apei și a fundului, determină fenomenul de reverberație subacvatică care însoțește trimiterea unui impuls sonor: undele sonore, reflectând dintr-un set de neomogenități și fuzionând, dau un strângerea pulsului sonor, care continuă după sfârșitul său, ca reverberația observată în încăperile închise. Reverberația subacvatică este o piedică destul de semnificativă pentru o serie de aplicații practice ale hidroacusticii, în special pentru sonar.

Limitele domeniului de propagare a sunetelor subacvatice sunt, de asemenea, limitate de așa-numitele. sunetele proprii ale mării, care au o origine dublă. O parte din zgomot provine din impactul valurilor de pe suprafața apei, din surful mării, din zgomotul pietricelelor care se rostogolesc etc. O altă parte este asociată cu fauna marină; aceasta include sunete produse de pești și alte animale marine.