Ո՞ր լրատվամիջոցներում է ձայնը տարածվում: Ձայնային ալիքների տարածման օրենքները

Հետաքրքիր փաստեր. որտե՞ղ է ձայնն ավելի արագ անցնում:

Ամպրոպի ժամանակ սկզբում տեսանելի է կայծակի բռնկումը և միայն որոշ ժամանակ անց լսվում է ամպրոպի դղրդյուն։ Այս ուշացումը տեղի է ունենում այն ​​պատճառով, որ օդում ձայնի արագությունը շատ ավելի քիչ է, քան կայծակից եկող լույսի արագությունը: Հետաքրքիր է հիշել, թե որ միջավայրում է ամենաարագ ձայնը, և որտեղ այն ընդհանրապես չի անցնում:

Օդում ձայնի արագության փորձերը և տեսական հաշվարկները կատարվել են 17-րդ դարից, բայց միայն երկու դար անց ֆրանսիացի գիտնական Պիեռ-Սիմոն դե Լապլասը ստացավ դրա որոշման վերջնական բանաձևը: Ձայնի արագությունը կախված է ջերմաստիճանից՝ օդի ջերմաստիճանի բարձրացման հետ այն մեծանում է, իսկ օդի ջերմաստիճանի նվազման հետ՝ նվազում։ 0°-ում ձայնի արագությունը կազմում է 331 մ/վ (1192 կմ/ժ), +20°-ի դեպքում՝ արդեն 343 մ/վ (1235 կմ/ժ):

Հեղուկների մեջ ձայնի արագությունը սովորաբար ավելի մեծ է, քան օդում ձայնի արագությունը: Արագությունը որոշելու փորձերն առաջին անգամ իրականացվել են Ժնևի լճում 1826 թվականին։ Երկու ֆիզիկոս նստել են նավակներ և քշել 14 կմ։ Մի նավակի վրա վառոդ են վառել և միևնույն ժամանակ խփել ջուրն իջեցված զանգին։ Զանգի ձայնը բարձրացել է մեկ այլ նավի վրա հատուկ շչակի միջոցով, որը նույնպես իջեցվել է ջրի մեջ։ Լույսի բռնկման և ձայնային ազդանշանի ժամանման միջև ընկած ժամանակային ընդմիջման հիման վրա որոշվել է ջրի մեջ ձայնի արագությունը: +8° ջերմաստիճանում պարզվել է մոտավորապես 1440 մ/վրկ։ Ստորջրյա կառույցներում աշխատող մարդիկ հաստատում են, որ ափի ձայները հստակ լսվում են ջրի տակ, և ձկնորսները գիտեն, որ ձկները լողում են ափից ամենափոքր կասկածելի աղմուկի դեպքում:

Պինդ մարմիններում ձայնի արագությունն ավելի մեծ է, քան հեղուկներում և գազերում։ Օրինակ, եթե ականջդ դնես ռելսին, ապա ռելսի մյուս ծայրին հարվածելուց հետո մարդը երկու ձայն կլսի։ Նրանցից մեկը երկաթուղով «կգա» ականջին, 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, հեծելազորը շտապում է, թե ոչ։ . Ի դեպ, սրա շնորհիվ լսողությունը կորցրած մարդիկ երբեմն կարողանում են պարել երաժշտության տակ, որը լսողական նյարդերին հասնում է ոչ թե օդով ու արտաքին ականջով, այլ հատակով ու ոսկորներով։

Ձայնի արագությունը միջավայրում առաձգական ալիքների տարածման արագությունն է՝ ինչպես երկայնական (գազերում, հեղուկներում կամ պինդ մարմիններում), այնպես էլ լայնակի, կտրող (պինդ մարմիններում), որը որոշվում է միջավայրի առաձգականությամբ և խտությամբ։ Պինդ մարմիններում ձայնի արագությունն ավելի մեծ է, քան հեղուկներում։ Հեղուկների մեջ, ներառյալ ջրի մեջ, ձայնը տարածվում է ավելի քան 4 անգամ ավելի արագ, քան օդում: Գազերում ձայնի արագությունը կախված է միջավայրի ջերմաստիճանից, միայնակ բյուրեղներում՝ ալիքի տարածման ուղղությունից։

Ձայնը 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 «ձայնը առաձգական ալիքներ է, որոնք տարածվում են որոշ առաձգական միջավայրում և դրա մեջ մեխանիկական թրթռումներ են ստեղծում»։ Ավելի պարզ ասած, դրանք 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 բնութագրեր) և որակներ (այս բնութագրերի արտացոլումը մարդու 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 ջրային միջավայրի բարձր մոլեկուլային խտության պատճառով։ 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։ Դրանք այն վայրերն են, որտեղ առաջանում են տարբեր ջերմաստիճանի ջրի շերտեր:

Նաև նման վայրերում տարբեր է (ջերմաստիճանի տարբերության պատճառով)։ Իսկ երբ ձայնային ալիքներն անցնում են տարբեր խտության նման շերտերով, կորցնում են իրենց ուժի մեծ մասը։ 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 մի օրինակ, երբ ձայնի աղբյուրը գտնվում է թերմոկլինից վերև գտնվող ջրային մարմնում, ապա դրա տակ ոչ միայն դժվար, այլև գրեթե 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։ Դրա վառ օրինակն է 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:

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

Հիդրոակուստիկաարագ զարգացող գիտություն է, որն անկասկած մեծ ապագա ունի։ Նրա տեսքին նախորդել է տեսական և կիրառական ակուստիկայի զարգացման երկար ճանապարհը։ Ջրում ձայնի տարածման նկատմամբ մարդու հետաքրքրության մասին առաջին տեղեկությունները մենք գտնում ենք Վերածննդի հայտնի գիտնական Լեոնարդո դա Վինչիի գրառումներում.

Ձայնի միջոցով տարածության առաջին չափումները կատարել է ռուս հետազոտող ակադեմիկոս Յա.Դ.Զախարովը։ 1804 թվականի հունիսի 30-ին նա գիտական ​​նպատակներով թռավ օդապարիկով և այս թռիչքի ժամանակ օգտագործեց երկրի մակերևույթից ձայնի արտացոլումը թռիչքի բարձրությունը որոշելու համար: Գնդակի զամբյուղում գտնվելու ժամանակ նա բարձր բղավեց դեպի ներքև ուղղված բարձրախոսի մեջ: 10 վայրկյան հետո հստակ լսելի արձագանք եկավ: Դրանից Զախարովը եզրակացրեց, որ գետնից գնդակի բարձրությունը մոտավորապես 5 x 334 = 1670 մ է: Այս մեթոդը հիմք է հանդիսացել ռադիոյի և սոնարների համար:

Տեսական հարցերի զարգացմանը զուգընթաց Ռուսաստանում իրականացվել են ծովում ձայնի տարածման երեւույթների գործնական ուսումնասիրություններ։ Ծովակալ Ս.Օ. Մակարովը 1881 - 1882 թթ առաջարկել է օգտագործել մի սարք, որը կոչվում է fluctometer՝ ջրի տակ հոսանքների արագության մասին տեղեկատվություն փոխանցելու համար: Դրանով սկիզբ դրվեց գիտության և տեխնիկայի նոր ճյուղի՝ հիդրոակուստիկ հեռաչափության զարգացմանը:

Բալթյան գործարանի հիդրոֆոնիկ կայանի դիագրամ 1907 թ. մոդել. 1 - ջրի պոմպ; 2 - խողովակաշար; 3 - ճնշման կարգավորիչ; 4 - էլեկտրամագնիսական հիդրավլիկ փական (հեռագրական փական); 5 - հեռագրական բանալի; 6 - հիդրավլիկ մեմբրանի արտանետիչ; 7 - նավի կողմը; 8 - ջրի բաք; 9 - կնքված խոսափող

1890-ական թթ. Բալթյան նավաշինարանում, 2-րդ աստիճանի կապիտան Մ.Ն. Բեկլեմիշևի նախաձեռնությամբ, սկսվեցին հիդրոակուստիկ կապի սարքերի մշակման աշխատանքները: Ստորջրյա հաղորդակցության համար հիդրոակուստիկ արտանետիչի առաջին փորձարկումներն իրականացվել են 19-րդ դարի վերջին։ Սանկտ Պետերբուրգի Գալեռնայա նավահանգստի փորձարարական լողավազանում։ Նրա արձակած թրթռումները հստակ լսվում էին 7 մղոն հեռավորության վրա Նևսկու լողացող փարոսի վրա: Հետազոտությունների արդյունքում 1905 թ. ստեղծեց առաջին հիդրոակուստիկ կապի սարքը, որում հաղորդիչ սարքի դերը խաղում էր հատուկ ստորջրյա ազդանշանը, որը կառավարվում էր հեռագրական բանալիով, իսկ ազդանշանի ընդունիչը ածխածնային խոսափող էր, որը ներսից ամրացված էր նավի կորպուսին: Ազդանշանները ձայնագրվել են Մորզեի ապարատով և ականջով։ Հետագայում ազդանշանը փոխարինվեց մեմբրանի տիպի արտանետիչով։ Հիդրոֆոնիկ կայան կոչվող սարքի արդյունավետությունը զգալիորեն բարձրացել է։ Նոր կայանի ծովային փորձարկումները տեղի ունեցան 1908 թվականի մարտին։ Սև ծովում, որտեղ ազդանշանի հուսալի ընդունման շառավիղը գերազանցել է 10 կմ-ը։

Առաջին սերիական ձայնային-ստորջրյա կապի կայանները, որոնք նախագծվել են Բալթյան նավաշինարանի կողմից 1909-1910 թթ. տեղադրված է սուզանավերի վրա «Կարպ», «Gudgeon», «Ստերլետ», « Սկումբրիա«Եվ» Պերճ«. Սուզանավերի վրա կայաններ տեղադրելիս, միջամտությունը նվազեցնելու համար, ընդունիչը տեղադրվում էր հատուկ ֆեյրինգում, մալուխային պարանով քարշակված ետևում: Բրիտանացիները նման որոշման եկան միայն Առաջին համաշխարհային պատերազմի ժամանակ։ Այնուհետև այս գաղափարը մոռացվեց և միայն 1950-ականների վերջին այն սկսեց նորից կիրառվել տարբեր երկրներում՝ աղմուկի դիմացկուն սոնար նավերի կայաններ ստեղծելու համար։

Հիդրոակուստիկայի զարգացման խթան հանդիսացավ Առաջին համաշխարհային պատերազմը։ Պատերազմի ընթացքում Անտանտի երկրները մեծ կորուստներ ունեցան իրենց առևտրական և ռազմական նավատորմում գերմանական սուզանավերի գործողությունների պատճառով։ Նրանց դեմ պայքարելու միջոցներ գտնելու անհրաժեշտություն կար։ Նրանք շուտով հայտնաբերվել են: Սուզված դիրքում գտնվող սուզանավը լսելի է պտուտակների և գործող մեխանիզմների կողմից ստեղծված աղմուկից: Աղմկոտ առարկաները հայտնաբերող և դրանց գտնվելու վայրը որոշող սարքը կոչվում էր աղմուկի ուղղություն որոնիչ: Ֆրանսիացի ֆիզիկոս Պ. Լանգևինը 1915 թվականին առաջարկել է օգտագործել զգայուն ընդունիչ՝ պատրաստված Rochelle աղից առաջին աղմուկի ուղղությունը որոնող կայանի համար:

Հիդրոակուստիկայի հիմունքներ

Ջրի մեջ ակուստիկ ալիքների տարածման առանձնահատկությունները

Էխոյի իրադարձության բաղադրիչները.

Ջրում ակուստիկ ալիքների տարածման համապարփակ և հիմնարար հետազոտությունները սկսվել են Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի տարիներին, ինչը թելադրված էր նավատորմի և, առաջին հերթին, սուզանավերի գործնական խնդիրների լուծման անհրաժեշտությամբ։ 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։

Ծովի ջրում ակուստիկ ալիքի էներգիայի կլանումը պայմանավորված 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 ծովային միջավայրում ձայնի տարածման վրա։ Համաշխարհային օվկիանոսի տարբեր տարածքներում ձայնի արագության բաշխումը տարբեր է և ժամանակի ընթացքում փոխվում է: Կան VRSD-ի մի քանի բնորոշ դեպքեր.

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 ջրի մակերեսային շերտում, որտեղ ամենաշատ անհամասեռություններն են։ 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 մոտավոր միջակայքերը տրված են աղյուսակում.

Օգտագործման ոլորտները.

Հիդրոակուստիկան լայն գործնական կիրառություն է ստացել, քանի որ ջրի տակ էլեկտրամագնիսական ալիքների փոխանցման արդյունավետ համակարգ որևէ նշանակալի հեռավորության վրա դեռ չի ստեղծվել, և ձայնը, հետևաբար, ջրի տակ հաղորդակցության միակ հնարավոր միջոցն է: 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 ստացողներ ձայնի 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.

Ձայնը տարածվում է ձայնային ալիքների միջով: Այս ալիքները շարժվում են ոչ միայն գազերի և հեղուկների, այլև պինդ մարմինների միջոցով: Ցանկացած ալիքների գործողությունը հիմնականում բաղկացած է էներգիայի փոխանցումից: Ձայնի դեպքում փոխանցումը տեղի է ունենում մոլեկուլային մակարդակում րոպեական շարժումների տեսքով:

Գազերում և հեղուկներում ձայնային ալիքը մոլեկուլները տեղափոխում է իր շարժման ուղղությամբ, այսինքն՝ ալիքի երկարության ուղղությամբ։ Պինդ մարմիններում մոլեկուլների ձայնային թրթիռները կարող են առաջանալ նաև ալիքին ուղղահայաց ուղղությամբ։

Ձայնային ալիքներն իրենց աղբյուրներից շարժվում են բոլոր ուղղություններով, ինչպես ցույց է տրված աջ նկարում, որը ցույց է տալիս մետաղական զանգը, որը պարբերաբար բախվում է իր լեզվին: Այս մեխանիկական բախումներն առաջացնում են զանգի թրթռում: Թրթռումների էներգիան փոխանցվում է շրջակա օդի մոլեկուլներին, և դրանք հեռվում են զանգից։ Արդյունքում ճնշումը մեծանում է զանգին հարող օդի շերտում, որն այնուհետեւ ալիքներով տարածվում է աղբյուրից բոլոր ուղղություններով։

Ձայնի արագությունը անկախ է ձայնից կամ տոնայնությունից: Սենյակի ռադիոյից հնչող բոլոր ձայները՝ բարձր, թե մեղմ, բարձր, թե ցածր, միաժամանակ հասնում են ունկնդրին:

Ձայնի արագությունը կախված է միջավայրի տեսակից, որով այն շարժվում է և ջերմաստիճանից։ Գազերում ձայնային ալիքները դանդաղ են շարժվում, քանի որ դրանց հազվագյուտ մոլեկուլային կառուցվածքը փոքր դիմադրություն է տալիս սեղմմանը: Հեղուկներում ձայնի արագությունը մեծանում է, իսկ պինդ մարմիններում այն ​​դառնում է ավելի արագ, ինչպես ցույց է տրված ստորև բերված գծապատկերում մետր/վրկ (մ/վ):

Ալիքի ուղի

Ձայնային ալիքները տարածվում են օդով այնպես, ինչպես ցույց է տրված աջ կողմում գտնվող դիագրամներում: Ալիքի ճակատները աղբյուրից շարժվում են միմյանցից որոշակի հեռավորության վրա՝ որոշված ​​զանգի թրթռումների հաճախականությամբ։ Ձայնային ալիքի հաճախականությունը որոշվում է տվյալ կետով անցնող ալիքի ճակատների քանակը միավոր ժամանակում հաշվելով:

Ձայնային ալիքի ճակատը հեռանում է թրթռացող զանգից:

Միատեսակ տաքացվող օդում ձայնը շարժվում է հաստատուն արագությամբ:

Երկրորդ ճակատը հետևում է առաջինին ալիքի երկարությանը հավասար հեռավորության վրա:

Ձայնի ինտենսիվությունը ամենամեծն է աղբյուրին մոտ:

Անտեսանելի ալիքի գրաֆիկական ներկայացում

Խորքերի ձայնային հնչյուն

Ձայնային ալիքների սոնար ճառագայթը հեշտությամբ անցնում է օվկիանոսի ջրով: Սոնարների սկզբունքը հիմնված է այն փաստի վրա, որ ձայնային ալիքները արտացոլվում են օվկիանոսի հատակից; Այս սարքը սովորաբար օգտագործվում է ստորջրյա տեղանքի առանձնահատկությունները որոշելու համար:

Էլաստիկ պինդ նյութեր

Ձայնը շարժվում է փայտե ափսեի մեջ: Պինդ մարմինների մեծ մասի մոլեկուլները կապված են առաձգական տարածական ցանցի մեջ, որը վատ սեղմված է և միևնույն ժամանակ արագացնում է ձայնային ալիքների անցումը:

.

Ձայնը ջրում հինգ անգամ ավելի արագ է տարածվում, քան օդում: Միջին արագությունը 1400 - 1500 մ/վ է (օդում ձայնի արագությունը 340 մ/վ է)։ Թվում է, թե ջրի մեջ լսելիությունը նույնպես բարելավվում է: Իրականում սա հեռու է դեպքից։ Ի վերջո, ձայնի ուժգնությունը կախված է ոչ թե տարածման արագությունից, այլ ձայնային թրթիռների ամպլիտուդից և լսողական օրգանների ընկալունակությունից։ Կորտիի օրգանը, որը բաղկացած է լսողական բջիջներից, գտնվում է ներքին ականջի կոխլեայում։ Ձայնային ալիքները թրթռում են ականջի թմբկաթաղանթը, լսողական ոսկորները և Կորտիի օրգանի թաղանթը։ Վերջինիս մազային բջիջներից, որոնք ընկալում են ձայնային թրթիռները, նյարդային գրգռումը գնում է դեպի ուղեղի ժամանակավոր բլիթում գտնվող լսողական կենտրոն։

Ձայնային ալիքը կարող է ներթափանցել մարդու ներքին ականջ երկու եղանակով՝ օդային հաղորդմամբ՝ արտաքին լսողական ջրանցքով, ականջի թմբկաթաղանթով և միջին ականջի ոսկորներով, իսկ ոսկրային հաղորդմամբ՝ գանգի ոսկորների թրթռումով։ Մակերեւույթում գերակշռում է օդի հաղորդունակությունը, իսկ ջրի տակ՝ ոսկրային հաղորդակցությունը։ Պարզ փորձը մեզ համոզում է դրանում։ Ծածկեք երկու ականջները ձեր ձեռքերի ափերով: Մակերեւույթում լսելիությունը կտրուկ կվատանա, բայց ջրի տակ դա չի նկատվում:

Այսպիսով, ջրի տակ ձայները ընկալվում են հիմնականում ոսկրային հաղորդակցման միջոցով: Տեսականորեն դա բացատրվում է նրանով, որ ջրի ակուստիկ դիմադրությունը մոտենում է մարդու հյուսվածքի ակուստիկ դիմադրությանը։ Հետևաբար, ձայնային ալիքների ջրից մարդու գլխի ոսկորներին անցնելու ժամանակ էներգիայի կորուստը ավելի քիչ է, քան օդում: Օդի փոխանցումը գրեթե անհետանում է ջրի տակ, քանի որ արտաքին լսողական ջրանցքը լցված է ջրով, իսկ թմբկաթաղանթի մոտ գտնվող օդի փոքր շերտը թույլ է փոխանցում ձայնային թրթռումները:

Փորձերը ցույց են տվել, որ ոսկրային հաղորդունակությունը 40%-ով ցածր է օդի հաղորդունակությունից: Հետևաբար, ջրի տակ լսելիությունը սովորաբար վատանում է: Ձայնի ոսկրային փոխանցման հետ կապված լսելիության տիրույթը կախված է ոչ այնքան ուժից, որքան տոնայնությունից. որքան բարձր է հնչերանգը, այնքան ավելի հեռու է հնչում ձայնը:

Մարդկանց համար ստորջրյա աշխարհը լռության աշխարհ է, որտեղ կողմնակի ձայներ չկան: Ուստի ամենապարզ ձայնային ազդանշանները կարելի է ընկալել ջրի տակ զգալի հեռավորության վրա։ Մարդը 150-200 մ հեռավորության վրա ջրի մեջ ընկղմված մետաղյա տարայի վրա հարված է լսում, 100 մ-ում՝ չխկչխկոցի, 60 մ-ում՝ զանգի ձայն:

Ստորջրյա հնչյունները սովորաբար անլսելի են մակերեսի վրա, ինչպես դրսից հնչող ձայներն են անլսելի ջրի տակ: Ստորջրյա հնչյունները ընկալելու համար պետք է գոնե մասամբ ընկղմվել։ Եթե ​​մինչեւ ծնկներդ մտնում եք ջուրը, սկսում եք ընկալել մի ձայն, որը նախկինում չէր լսվում։ Սուզվելիս ձայնը մեծանում է: Այն հատկապես լսելի է, երբ գլուխը ընկղմված է:

Մակերեւույթից ձայնային ազդանշաններ ուղարկելու համար պետք է ձայնի աղբյուրը ջրի մեջ իջեցնել առնվազն կիսով չափ, և ձայնի ուժգնությունը կփոխվի: Ստորջրյա կողմնորոշումը ականջով չափազանց դժվար է։ Օդում ձայնը մի ականջում հասնում է 0,00003 վայրկյան շուտ, քան մյուսում: Սա թույլ է տալիս որոշել ձայնի աղբյուրի գտնվելու վայրը ընդամենը 1-3° սխալով: Ջրի տակ ձայնը միաժամանակ ընկալվում է երկու ականջներով և, հետևաբար, հստակ, ուղղորդված ընկալում չի առաջանում: Կողմնորոշման սխալը կարող է լինել 180°:

Հատուկ բեմադրված փորձի ժամանակ միայն առանձին լուսասուզորդներ երկար թափառումներից և... որոնումները գնացին ձայնի աղբյուրի գտնվելու վայրը, որը գտնվում էր դրանցից 100-150 մ հեռավորության վրա: Նշվեց, որ երկար ժամանակ համակարգված մարզումները հնարավորություն են տալիս զարգացնել ջրի տակ ձայնով բավականին ճշգրիտ նավարկելու ունակությունը: Սակայն հենց դադարում է պարապմունքը, դրա արդյունքները զրոյանում են։