بيت تجويف الفم في أي الوسائط ينتشر الصوت؟ قوانين انتشار الموجات الصوتية

في أي الوسائط ينتشر الصوت؟ قوانين انتشار الموجات الصوتية

حقائق مثيرة للاهتمام: أين ينتقل الصوت بشكل أسرع؟

أثناء العاصفة الرعدية، يكون وميض البرق مرئيًا لأول مرة، وبعد فترة فقط يُسمع صوت الرعد. ويحدث هذا التأخير لأن سرعة الصوت في الهواء أقل بكثير من سرعة الضوء القادم من البرق. من المثير للاهتمام أن نتذكر في أي الوسائط ينتقل الصوت بشكل أسرع، وأين لا ينتقل على الإطلاق؟

تم إجراء التجارب والحسابات النظرية لسرعة الصوت في الهواء منذ القرن السابع عشر، ولكن بعد قرنين فقط استنتج العالم الفرنسي بيير سيمون دي لابلاس الصيغة النهائية لتحديدها. تعتمد سرعة الصوت على درجة الحرارة: فكلما زادت درجة حرارة الهواء زادت، وكلما انخفضت درجة حرارة الهواء انخفضت. عند 0 درجة تكون سرعة الصوت 331 م/ث (1192 كم/ساعة)، وعند +20 درجة تكون بالفعل 343 م/ث (1235 كم/ساعة).

عادة ما تكون سرعة الصوت في السوائل أكبر من سرعة الصوت في الهواء. أجريت تجارب تحديد السرعة لأول مرة على بحيرة جنيف في عام 1826. ركب اثنان من الفيزيائيين القوارب وابتعدا مسافة 14 كيلومترًا. على أحد القوارب، أشعلوا النار في البارود وفي الوقت نفسه ضربوا جرسًا تم إنزاله في الماء. تم التقاط صوت الجرس على متن قارب آخر باستخدام قرن خاص، تم إنزاله أيضًا في الماء. وبناء على الفاصل الزمني بين وميض الضوء ووصول الإشارة الصوتية، تم تحديد سرعة الصوت في الماء. عند درجة حرارة +8° كانت السرعة حوالي 1440 م/ث. يؤكد العاملون في الهياكل تحت الماء أن أصوات الشاطئ يمكن سماعها بوضوح تحت الماء، ويعرف الصيادون أن الأسماك تسبح بعيدًا عند أدنى ضجيج مشبوه على الشاطئ.

سرعة الصوت في المواد الصلبة أكبر منها في السوائل والغازات. على سبيل المثال، إذا وضعت أذنك على السكة، فبعد الاصطدام بالطرف الآخر من السكة، سيسمع الشخص صوتين. أحدهما "سيأتي" إلى الأذن بالسكك الحديدية والآخر عن طريق الجو. الأرض لديها الموصلية الصوتية الجيدة. لذلك، في العصور القديمة، أثناء الحصار، تم وضع "مستمعين" في أسوار القلعة، والذين يمكنهم من خلال الصوت الذي تبثه الأرض تحديد ما إذا كان العدو يحفر في الجدران أم لا، وما إذا كان سلاح الفرسان يندفع أم لا . بالمناسبة، بفضل هذا، يتمكن الأشخاص الذين فقدوا السمع في بعض الأحيان من الرقص على الموسيقى التي تصل إلى أعصابهم السمعية ليس من خلال الهواء والأذن الخارجية، ولكن من خلال الأرض والعظام.

سرعة الصوت هي سرعة انتشار الموجات المرنة في الوسط، سواء الطولية (في الغازات أو السوائل أو المواد الصلبة) أو المستعرضة (في المواد الصلبة)، والتي تحددها مرونة الوسط وكثافته. سرعة الصوت في المواد الصلبة أكبر منها في السوائل. في السوائل، بما في ذلك الماء، ينتقل الصوت أسرع بأربع مرات من انتقاله في الهواء. تعتمد سرعة الصوت في الغازات على درجة حرارة الوسط، في البلورات المفردة - على اتجاه انتشار الموجة.

الصوت هو أحد مكونات حياتنا، ويسمعه الناس في كل مكان. وللنظر في هذه الظاهرة بمزيد من التفصيل، علينا أولا أن نفهم المفهوم نفسه. للقيام بذلك، عليك أن تتحول إلى الموسوعة، حيث هو مكتوب أن "الصوت عبارة عن موجات مرنة تنتشر في بعض الوسائط المرنة وتخلق اهتزازات ميكانيكية فيها." بعبارات أبسط، هذه اهتزازات مسموعة في أي بيئة. الخصائص الرئيسية للصوت تعتمد على ما هو عليه. بادئ ذي بدء، تختلف سرعة الانتشار، على سبيل المثال، في الماء عن البيئات الأخرى.

أي نظير صوتي له خصائص معينة (خصائص فيزيائية) وصفات (انعكاس هذه الخصائص في الأحاسيس البشرية). على سبيل المثال، المدة-المدة، درجة التردد، جرس التركيب، وما إلى ذلك.

سرعة الصوت في الماء أعلى بكثير من سرعة الصوت في الهواء. وبالتالي، فإنه ينتشر بشكل أسرع ويسمع أبعد من ذلك بكثير. يحدث هذا بسبب الكثافة الجزيئية العالية للبيئة المائية. وهي أكثر كثافة 800 مرة من الهواء والفولاذ. ويترتب على ذلك أن انتشار الصوت يعتمد إلى حد كبير على الوسط. دعونا نلقي نظرة على أرقام محددة. وبالتالي فإن سرعة الصوت في الماء هي 1430 م/ث، وفي الهواء - 331.5 م/ث.

يتم دائمًا سماع الصوت منخفض التردد، على سبيل المثال، الضوضاء الناتجة عن تشغيل محرك السفينة، قبل ظهور السفينة في النطاق البصري إلى حد ما. سرعته تعتمد على عدة أشياء. إذا زادت درجة حرارة الماء، فمن الطبيعي أن تزداد سرعة الصوت في الماء. ويحدث نفس الشيء مع زيادة ملوحة الماء وضغطه، والذي يزداد مع زيادة عمق الماء. يمكن لظاهرة مثل الخطوط الحرارية أن يكون لها دور خاص في السرعة. هذه هي الأماكن التي تتشكل فيها طبقات من الماء بدرجات حرارة مختلفة.

يختلف الأمر أيضًا في مثل هذه الأماكن (بسبب اختلاف درجات الحرارة). وعندما تمر الموجات الصوتية عبر هذه الطبقات ذات الكثافات المختلفة، فإنها تفقد معظم قوتها. عندما تصطدم موجة صوتية بالخط الحراري، فإنها تنعكس جزئيًا، أو في بعض الأحيان كليًا (تعتمد درجة الانعكاس على الزاوية التي يسقط بها الصوت)، وبعد ذلك تتشكل منطقة الظل على الجانب الآخر من هذا المكان. إذا أخذنا مثالاً عندما يكون مصدر الصوت موجودًا في جسم مائي فوق الخط الحراري، فلن يكون من الصعب سماع أي شيء تحته فحسب، بل يكاد يكون من المستحيل سماعه على الإطلاق.

التي تنبعث فوق السطح، لا تسمع أبدًا في الماء نفسه. ويحدث العكس عندما تكون تحت طبقة الماء: فلا صوت فوقها. وخير مثال على ذلك هو الغواصين المعاصرين. ويقل سمعهم بشكل كبير بسبب تأثير الماء عليهم، كما أن سرعة الصوت العالية في الماء تقلل من جودة تحديد الاتجاه الذي يتحرك منه. يؤدي هذا إلى إضعاف القدرة المجسمة على إدراك الصوت.

تحت طبقة الماء، يدخل الأذن البشرية أكثر من خلال عظام جمجمة الرأس، وليس، كما هو الحال في الغلاف الجوي، من خلال طبلة الأذن. ونتيجة هذه العملية هي إدراكه بكلتا الأذنين في وقت واحد. في هذا الوقت، لا يستطيع الدماغ البشري التمييز بين الأماكن التي تأتي منها الإشارات وبأي شدة. والنتيجة هي ظهور الوعي بأن الصوت يبدو وكأنه يتدفق من جميع الجهات في نفس الوقت، رغم أن هذا أبعد ما يكون عن الحقيقة.

بالإضافة إلى ما ذكر أعلاه، فإن الموجات الصوتية في الماء لها صفات مثل الامتصاص والتباعد والتشتت. الأول هو عندما تتلاشى قوة الصوت في المياه المالحة تدريجياً بسبب احتكاك البيئة المائية والأملاح الموجودة فيها. ويتجلى الاختلاف في بعد الصوت عن مصدره. يبدو أنه يذوب في الفضاء مثل الضوء، ونتيجة لذلك تنخفض شدته بشكل ملحوظ. وتختفي التذبذبات تمامًا بسبب تشتت جميع أنواع العوائق وعدم تجانس البيئة.

الصوتيات المائية (من اليونانية hydor- ماء، com.acousococ- سمعي) - علم الظواهر التي تحدث في البيئة المائية والمرتبطة بانتشار وانبعاث واستقبال الموجات الصوتية. ويشمل قضايا تطوير وإنشاء الأجهزة الصوتية المائية المعدة للاستخدام في البيئة المائية.

تاريخ التطور

الصوتيات المائيةهو علم سريع التطور وله بلا شك مستقبل عظيم. وقد سبق ظهوره مسار طويل من تطوير الصوتيات النظرية والتطبيقية. المعلومات الأولى عن اهتمام الإنسان بانتشار الصوت في الماء نجدها في مذكرات عالم عصر النهضة الشهير ليوناردو دافنشي:

تم إجراء القياسات الأولى للمسافة عبر الصوت بواسطة الباحث الروسي الأكاديمي يا د. زاخاروف. وفي 30 يونيو 1804، طار في منطاد لأغراض علمية واستخدم في هذه الرحلة انعكاس الصوت من سطح الأرض لتحديد ارتفاع الرحلة. أثناء وجوده في سلة الكرة، صرخ بصوت عالٍ في مكبر صوت يشير إلى الأسفل. وبعد 10 ثوانٍ، جاء صدى صوت مسموع بوضوح. ومن هذا استنتج زاخاروف أن ارتفاع الكرة فوق الأرض كان حوالي 5 × 334 = 1670 م، وشكلت هذه الطريقة أساس الراديو والسونار.

جنبا إلى جنب مع تطوير القضايا النظرية، أجريت في روسيا دراسات عملية لظواهر انتشار الصوت في البحر. الأدميرال إس أو ماكاروف في 1881 - 1882 اقترح استخدام جهاز يسمى مقياس التقلب لنقل معلومات حول سرعة التيارات تحت الماء. كان هذا بمثابة بداية تطوير فرع جديد من العلوم والتكنولوجيا - القياس المائي الصوتي عن بعد.

رسم تخطيطي للمحطة المائية لمصنع البلطيق موديل 1907: 1- مضخة المياه؛ 2 - خط الأنابيب. 3 - منظم الضغط. 4 - الصمام الهيدروليكي الكهرومغناطيسي (صمام التلغراف)؛ 5 - مفتاح التلغراف. 6 - باعث الغشاء الهيدروليكي. 7 - جانب السفينة. 8 - خزان المياه. 9- ميكروفون مغلق

في تسعينيات القرن التاسع عشر. في حوض بناء السفن في بحر البلطيق، بمبادرة من الكابتن من الرتبة الثانية M. N. بدأ Beklemishev العمل على تطوير أجهزة الاتصالات الصوتية المائية. تم إجراء الاختبارات الأولى للباعث المائي الصوتي للاتصالات تحت الماء في نهاية القرن التاسع عشر. في المسبح التجريبي في ميناء جاليرنايا في سانت بطرسبرغ. ويمكن سماع الاهتزازات المنبعثة بوضوح على بعد 7 أميال في منارة نيفسكي العائمة. نتيجة للبحث في عام 1905. أنشأ أول جهاز اتصال صوتي مائي، حيث تم لعب دور جهاز الإرسال بواسطة صفارة إنذار خاصة تحت الماء، يتم التحكم فيها بواسطة مفتاح التلغراف، وكان جهاز استقبال الإشارة عبارة عن ميكروفون كربوني متصل من الداخل بهيكل السفينة. تم تسجيل الإشارات بواسطة جهاز مورس وعن طريق الأذن. في وقت لاحق، تم استبدال صفارة الإنذار بباعث من النوع الغشائي. وزادت كفاءة الجهاز، المسمى بالمحطة المائية، بشكل ملحوظ. أجريت التجارب البحرية للمحطة الجديدة في مارس 1908. على البحر الأسود، حيث تجاوز نطاق استقبال الإشارة الموثوقة 10 كم.

أول محطات اتصالات تسلسلية للصوت تحت الماء صممها حوض بناء السفن البلطيقي في 1909-1910. المثبتة على الغواصات "الكارب", "سمك", "ستيرليت", « سمك الأسقمري البحري" و " جثم". عند تركيب محطات على الغواصات، من أجل تقليل التداخل، كان جهاز الاستقبال موجودًا في هدية خاصة، يتم سحبه خلف المؤخرة على حبل كابل. توصل البريطانيون إلى مثل هذا القرار فقط خلال الحرب العالمية الأولى. ثم تم نسيان هذه الفكرة وفقط في نهاية الخمسينيات من القرن الماضي بدأ استخدامها مرة أخرى في بلدان مختلفة لإنشاء محطات سفن سونار مقاومة للضوضاء.

كان الدافع لتطوير الصوتيات المائية هو الحرب العالمية الأولى. خلال الحرب، تكبدت دول الوفاق خسائر فادحة في أساطيلها التجارية والعسكرية بسبب تصرفات الغواصات الألمانية. وكان من الضروري إيجاد وسائل لمكافحتها. وسرعان ما تم العثور عليهم. يمكن سماع صوت الغواصة وهي في وضع مغمور من خلال الضوضاء الناتجة عن المراوح وآليات التشغيل. كان الجهاز الذي يكتشف الأجسام المزعجة ويحدد موقعها يسمى جهاز تحديد اتجاه الضوضاء. اقترح الفيزيائي الفرنسي ب. لانجفين في عام 1915 استخدام جهاز استقبال حساس مصنوع من ملح روشيل لأول محطة لتحديد اتجاه الضوضاء.

أساسيات الصوتيات المائية

ملامح انتشار الموجات الصوتية في الماء

مكونات الحدث الصدى

بدأت الأبحاث الشاملة والأساسية حول انتشار الموجات الصوتية في الماء خلال الحرب العالمية الثانية، والتي أملتها الحاجة إلى حل المشكلات العملية للقوات البحرية، وقبل كل شيء، الغواصات. استمر العمل التجريبي والنظري في سنوات ما بعد الحرب وتم تلخيصه في عدد من الدراسات. ونتيجة لهذه الأعمال تم تحديد وتوضيح بعض خصائص انتشار الموجات الصوتية في الماء وهي: الامتصاص والتوهين والانعكاس والانكسار.

إن امتصاص طاقة الموجات الصوتية في مياه البحر يحدث بسبب عمليتين: الاحتكاك الداخلي للوسط وتفكك الأملاح الذائبة فيه. تحول العملية الأولى طاقة الموجة الصوتية إلى حرارة، والثانية، التي تتحول إلى طاقة كيميائية، تزيل الجزيئات من حالة التوازن، وتتفكك إلى أيونات. ويزداد هذا النوع من الامتصاص بشكل حاد مع زيادة وتيرة الاهتزازات الصوتية. كما يؤدي وجود الجسيمات العالقة والكائنات الحية الدقيقة والشذوذ في درجات الحرارة في الماء إلى توهين الموجة الصوتية في الماء. كقاعدة عامة، تكون هذه الخسائر صغيرة ويتم تضمينها في إجمالي الامتصاص، ولكن في بعض الأحيان، كما هو الحال، على سبيل المثال، في حالة التشتت من أعقاب السفينة، يمكن أن تصل هذه الخسائر إلى 90٪. يؤدي وجود شذوذ في درجات الحرارة إلى سقوط الموجة الصوتية في مناطق الظل الصوتي، حيث يمكن أن تخضع لانعكاسات متعددة.

وجود سطوح بين الماء – الهواء والماء – القاع يؤدي إلى انعكاس الموجة الصوتية منها، وإذا كانت في الحالة الأولى تنعكس الموجة الصوتية بشكل كامل، ففي الحالة الثانية يعتمد معامل الانعكاس على مادة القاع: فالقاع الموحل يعكس بشكل سيء، والقاع الرملي والصخري يعكس بشكل جيد. وفي الأعماق الضحلة، وبسبب الانعكاسات المتعددة للموجة الصوتية بين القاع والسطح، تظهر قناة صوتية تحت الماء، يمكن أن تنتشر فيها الموجة الصوتية لمسافات طويلة. يؤدي تغيير سرعة الصوت عند أعماق مختلفة إلى انحناء "أشعة" الصوت - الانكسار.

انكسار الصوت (انحناء مسار شعاع الصوت)

انكسار الصوت في الماء: أ- في الصيف؛ ب - في الشتاء. على اليسار هو التغير في السرعة مع العمق.

تتغير سرعة انتشار الصوت مع العمق، وتعتمد التغييرات على الوقت من السنة واليوم وعمق الخزان وعدد من الأسباب الأخرى. تنحني الأشعة الصوتية الصادرة من مصدر بزاوية معينة نحو الأفق، ويعتمد اتجاه الانحناء على توزيع سرعات الصوت في الوسط: في الصيف، عندما تكون الطبقات العليا أكثر دفئًا من الطبقات السفلية، تنحني الأشعة إلى الأسفل وتنعكس في معظمها من الأسفل، فتفقد حصة كبيرة من طاقتها. في الشتاء، عندما تحافظ الطبقات السفلية من الماء على درجة حرارتها، بينما تبرد الطبقات العليا، تنحني الأشعة إلى الأعلى وتنعكس بشكل متكرر عن سطح الماء، بينما يتم فقدان طاقة أقل بكثير. ولذلك، في فصل الشتاء نطاق انتشار الصوت أكبر مما كانت عليه في الصيف. التوزيع الرأسي لسرعة الصوت (VSD) وتدرج السرعة لهما تأثير حاسم على انتشار الصوت في البيئة البحرية. يختلف توزيع سرعة الصوت في مناطق مختلفة من المحيط العالمي ويتغير بمرور الوقت. هناك عدة حالات نموذجية لـ VRSD:

تشتت وامتصاص الصوت عن طريق عدم تجانس الوسط.

انتشار الصوت في الصوت تحت الماء. القناة: أ - تغير سرعة الصوت مع العمق؛ ب - مسار الشعاع في قناة الصوت.

يتأثر انتشار الأصوات عالية التردد، عندما تكون الأطوال الموجية صغيرة جدًا، بعدم التجانسات الصغيرة الموجودة عادةً في المسطحات المائية الطبيعية: فقاعات الغاز، والكائنات الحية الدقيقة، وما إلى ذلك. تعمل حالات عدم التجانس هذه بطريقتين: فهي تمتص طاقة الصوت وتشتتها أمواج. ونتيجة لذلك، كلما زاد تردد اهتزازات الصوت، انخفض نطاق انتشارها. وهذا التأثير ملحوظ بشكل خاص في الطبقة السطحية من الماء، حيث يوجد معظم عدم التجانس.

إن تشتت الصوت عن طريق عدم التجانس، وكذلك الأسطح غير المستوية من الماء والقاع، يسبب ظاهرة الارتداد تحت الماء، والتي تصاحب إرسال نبضة صوتية: الموجات الصوتية، المنعكسة من مجموعة من عدم التجانس والاندماج، تؤدي إلى ظهور إطالة نبض الصوت، الذي يستمر بعد انتهائه. حدود نطاق انتشار الأصوات تحت الماء محدودة أيضًا بالضوضاء الطبيعية للبحر، والتي لها أصل مزدوج: جزء من الضوضاء ينشأ من تأثيرات الأمواج على سطح الماء، من أمواج البحر، من ضجيج الحصى المتدحرجة، وما إلى ذلك؛ ويرتبط الجزء الآخر بالحيوانات البحرية (الأصوات التي تنتجها الكائنات المائية: الأسماك والحيوانات البحرية الأخرى). تتعامل Biohydroacoustics مع هذا الجانب الخطير للغاية.

نطاق انتشار الموجات الصوتية

يعد نطاق انتشار الموجات الصوتية وظيفة معقدة لتردد الإشعاع، والذي يرتبط بشكل فريد بالطول الموجي للإشارة الصوتية. كما هو معروف، فإن الإشارات الصوتية عالية التردد تضعف بسرعة بسبب الامتصاص القوي للبيئة المائية. وعلى العكس من ذلك، فإن الإشارات ذات التردد المنخفض قادرة على الانتشار لمسافات طويلة في البيئة المائية. وبالتالي، يمكن للإشارة الصوتية بتردد 50 هرتز أن تنتشر في المحيط على مسافات تصل إلى آلاف الكيلومترات، في حين أن الإشارة بتردد 100 كيلو هرتز، النموذجية لسونار المسح الجانبي، لها نطاق انتشار يتراوح بين 1-2 كم فقط. . النطاقات التقريبية للسونار الحديث مع ترددات الإشارة الصوتية المختلفة (الأطوال الموجية) موضحة في الجدول:

مجالات الاستخدام.

تلقت الصوتيات المائية تطبيقًا عمليًا واسع النطاق، حيث لم يتم بعد إنشاء نظام فعال لنقل الموجات الكهرومغناطيسية تحت الماء لأي مسافة كبيرة، وبالتالي فإن الصوت هو وسيلة الاتصال الوحيدة الممكنة تحت الماء. لهذه الأغراض، يتم استخدام الترددات الصوتية من 300 إلى 10000 هرتز والموجات فوق الصوتية من 10000 هرتز وما فوق. تُستخدم الباعثات الكهروديناميكية والكهرضغطية والسماعات المائية كبواعث ومستقبلات في المجال الصوتي، وتستخدم كبواعث كهرضغطية ومغنطيسية في مجال الموجات فوق الصوتية.

أهم تطبيقات الصوتيات المائية:

  • لحل المشاكل العسكرية.
  • الملاحة البحرية
  • التواصل الصوتي
  • استكشاف الصيد؛
  • البحوث المحيطية؛
  • مجالات النشاط لتنمية موارد قاع المحيط؛
  • استخدام الصوتيات في حمام السباحة (في المنزل أو في مركز تدريب السباحة المتزامن)
  • تدريب الحيوانات البحرية.

ملحوظات

الأدب ومصادر المعلومات

الأدب:

  • في. شوليكين فيزياء البحر. - موسكو: "العلم"، 1968. - 1090 ص.
  • I ل. روماني أساسيات الصوتيات المائية. - موسكو: "بناء السفن"، 1979 - 105 ص.
  • يو.أ. كورياكين الأنظمة الصوتية المائية. - سانت بطرسبرغ: "علم سانت بطرسبرغ والقوة البحرية لروسيا"، 2002. - 416 ص.

ينتقل الصوت عبر الموجات الصوتية. لا تنتقل هذه الموجات عبر الغازات والسوائل فحسب، بل عبر المواد الصلبة أيضًا. يتكون عمل أي موجات بشكل أساسي من نقل الطاقة. وفي حالة الصوت، يأخذ النقل شكل حركات دقيقة على المستوى الجزيئي.

في الغازات والسوائل، تحرك الموجة الصوتية الجزيئات في اتجاه حركتها، أي في اتجاه الطول الموجي. في المواد الصلبة، يمكن أيضًا أن تحدث اهتزازات صوتية للجزيئات في اتجاه عمودي على الموجة.

تنتقل الموجات الصوتية من مصادرها في كافة الاتجاهات، كما هو موضح في الصورة على اليمين، والتي تظهر جرسًا معدنيًا يصطدم بلسانه بشكل دوري. تتسبب هذه الاصطدامات الميكانيكية في اهتزاز الجرس. تنتقل طاقة الاهتزازات إلى جزيئات الهواء المحيط، ويتم دفعها بعيدا عن الجرس. ونتيجة لذلك، يزداد الضغط في طبقة الهواء المجاورة للجرس، والتي تنتشر بعد ذلك على شكل موجات في كل الاتجاهات من المنبع.

سرعة الصوت مستقلة عن مستوى الصوت أو النغمة. جميع الأصوات الصادرة من الراديو في الغرفة، سواء كانت عالية أو هادئة، عالية أو منخفضة الطبقة، تصل إلى المستمع في نفس الوقت.

تعتمد سرعة الصوت على نوع الوسط الذي ينتقل فيه ودرجة حرارته. في الغازات، تنتقل الموجات الصوتية ببطء لأن بنيتها الجزيئية المتخلخلة توفر مقاومة قليلة للضغط. تزداد سرعة الصوت في السوائل، وتصبح أسرع في المواد الصلبة، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه بالمتر في الثانية (m/s).

مسار الموجة

تنتقل الموجات الصوتية عبر الهواء بطريقة مشابهة لتلك الموضحة في الأشكال الموجودة على اليمين. تتحرك مقدمات الموجة من المصدر على مسافة معينة من بعضها البعض، يحددها تردد اهتزازات الجرس. يتم تحديد تردد الموجة الصوتية عن طريق حساب عدد مقدمات الموجات التي تمر عبر نقطة معينة لكل وحدة زمنية.

تتحرك مقدمة الموجة الصوتية بعيدًا عن الجرس المهتز.

في الهواء الساخن بشكل منتظم، ينتقل الصوت بسرعة ثابتة.

الجبهة الثانية تتبع الأولى على مسافة تساوي الطول الموجي.

تكون شدة الصوت أعظم ما يكون بالقرب من المصدر.

تمثيل رسومي لموجة غير مرئية

السبر الصوتي للأعماق

يمر شعاع السونار من الموجات الصوتية بسهولة عبر مياه المحيط. يعتمد مبدأ السونار على حقيقة أن الموجات الصوتية تنعكس من قاع المحيط؛ يستخدم هذا الجهاز عادةً لتحديد ميزات التضاريس تحت الماء.

المواد الصلبة المرنة

ينتقل الصوت في لوح خشبي. ترتبط جزيئات معظم المواد الصلبة بشبكة مكانية مرنة، وهي مضغوطة بشكل سيئ وفي نفس الوقت تعمل على تسريع مرور الموجات الصوتية.

.

ينتقل الصوت في الماء أسرع بخمس مرات منه في الهواء. متوسط ​​السرعة 1400 - 1500 م/ث (سرعة الصوت في الهواء 340 م/ث). يبدو أن السمع في الماء يتحسن أيضًا. في الواقع، هذا أبعد ما يكون عن القضية. ففي نهاية المطاف، لا تعتمد قوة الصوت على سرعة الانتشار، بل على سعة اهتزازات الصوت والقدرة الإدراكية لأعضاء السمع. عضو كورتي، الذي يتكون من خلايا سمعية، يقع في قوقعة الأذن الداخلية. تهز الموجات الصوتية طبلة الأذن والعظيمات السمعية وغشاء عضو كورتي. ومن الخلايا الشعرية للأخيرة، التي تستقبل الاهتزازات الصوتية، يذهب التحفيز العصبي إلى المركز السمعي الموجود في الفص الصدغي للدماغ.

يمكن للموجة الصوتية أن تدخل الأذن الداخلية للإنسان بطريقتين: عن طريق توصيل الهواء عبر القناة السمعية الخارجية وطبلة الأذن وعظيمات الأذن الوسطى، وعن طريق التوصيل العظمي - اهتزاز عظام الجمجمة. على السطح، يسود التوصيل الهوائي، وتحت الماء، يسود التوصيل العظمي. تجربة بسيطة تقنعنا بذلك. قم بتغطية كلتا الأذنين براحة يديك. على السطح، سوف تتدهور السمع بشكل حاد، ولكن تحت الماء لا يتم ملاحظة ذلك.

لذلك، تحت الماء، يتم إدراك الأصوات في المقام الأول من خلال التوصيل العظمي. من الناحية النظرية، يفسر ذلك حقيقة أن المقاومة الصوتية للماء تقترب من المقاومة الصوتية للأنسجة البشرية. ولذلك فإن فقدان الطاقة أثناء انتقال الموجات الصوتية من الماء إلى عظام رأس الإنسان يكون أقل منه في الهواء. يختفي توصيل الهواء تقريبًا تحت الماء، حيث أن القناة السمعية الخارجية مملوءة بالماء، وطبقة صغيرة من الهواء بالقرب من طبلة الأذن تنقل الاهتزازات الصوتية بشكل ضعيف.

أظهرت التجارب أن موصلية العظام أقل بنسبة 40٪ من موصلية الهواء. ولذلك، فإن السمع تحت الماء يتدهور بشكل عام. لا يعتمد نطاق السمع مع التوصيل العظمي للصوت على القوة بقدر ما يعتمد على النغمة: كلما ارتفعت النغمة، كلما تم سماع الصوت أبعد.

العالم تحت الماء بالنسبة للبشر هو عالم الصمت، حيث لا توجد ضوضاء غريبة. لذلك، يمكن رؤية أبسط الإشارات الصوتية تحت الماء على مسافات كبيرة. يسمع شخص ضربة على علبة معدنية مغمورة في الماء على مسافة 150-200 م، وصوت حشرجة على مسافة 100 م، وجرس على مسافة 60 م.

عادة ما تكون الأصوات الصادرة تحت الماء غير مسموعة على السطح، تمامًا كما تكون الأصوات الصادرة من الخارج غير مسموعة تحت الماء. لكي تتمكن من إدراك الأصوات تحت الماء، يجب أن تكون مغمورًا جزئيًا على الأقل. إذا دخلت الماء حتى ركبتيك، تبدأ في سماع صوت لم تسمعه من قبل. أثناء الغوص، يزداد الحجم. يكون مسموعًا بشكل خاص عندما يكون الرأس مغمورًا.

لإرسال إشارات صوتية من السطح، يجب عليك خفض مصدر الصوت في الماء إلى منتصف المسافة على الأقل، وسوف تتغير قوة الصوت. التوجيه تحت الماء عن طريق الأذن أمر صعب للغاية. في الهواء، يصل الصوت إلى إحدى الأذنين قبل 0.00003 ثانية من الأخرى. يتيح لك ذلك تحديد موقع مصدر الصوت بخطأ يتراوح بين 1-3 درجات فقط. تحت الماء، يتم إدراك الصوت في نفس الوقت من خلال كلتا الأذنين، وبالتالي لا يحدث إدراك اتجاهي واضح. الخطأ في الاتجاه يمكن أن يكون 180 درجة.

في تجربة تم تنظيمها خصيصًا، فقط غواصو الضوء الفرديون بعد تجوال طويل و... وتوجهت عمليات البحث إلى موقع مصدر الصوت الذي يقع على بعد 100-150 متر منهم، ولوحظ أن التدريب المنهجي على مدى فترة طويلة يجعل من الممكن تطوير القدرة على التنقل بدقة تامة عن طريق الصوت تحت الماء. ومع ذلك، بمجرد توقف التدريب، تبطل نتائجه.



جديد على الموقع

>

الأكثر شعبية