צליל הוא אחד המרכיבים של חיינו, ואדם שומע אותו בכל מקום. על מנת לשקול תופעה זו ביתר פירוט, ראשית עלינו להבין את המושג עצמו. לשם כך צריך לפנות לאנציקלופדיה, שם נכתב ש"צליל הוא גלים אלסטיים המתפשטים בכל תווך אלסטי ויוצרים בו רעידות מכניות". במילים פשוטות יותר, אלו תנודות נשמעות בכל מדיום. המאפיינים העיקריים של הצליל תלויים במה שהוא. קודם כל, מהירות ההתפשטות, למשל, במים שונה ממדיום אחר.
לכל אנלוגי קול יש תכונות מסוימות (תכונות פיזיות) ואיכויות (השתקפות של תכונות אלו בתחושות אנושיות). לדוגמה, משך-משך, תדר-גובה, קומפוזיציה-גוון וכן הלאה.
מהירות הקול במים גבוהה בהרבה מאשר, למשל, באוויר. לכן, הוא מתפשט מהר יותר ונשמע הרבה יותר. זה קורה בגלל הצפיפות המולקולרית הגבוהה של המדיום המימי. הוא צפוף פי 800 מאוויר ופלדה. מכאן נובע שהתפשטות הקול תלויה במידה רבה במדיום. בואו נסתכל על מספרים ספציפיים. אז, מהירות הקול במים היא 1430 m/s, באוויר - 331.5 m/s.
צליל בתדר נמוך, כמו הרעש שעושה מנוע ספינה, תמיד נשמע קצת לפני שהספינה נכנסת לשדה הראייה. המהירות שלו תלויה בכמה דברים. אם הטמפרטורה של המים עולה, אז באופן טבעי מהירות הקול במים עולה. אותו הדבר קורה עם עלייה במליחות ובלחץ המים, שגדל עם עומק מרחב המים. לתופעה כזו כמו טריזים תרמיים יכולה להיות תפקיד מיוחד על מהירות. אלו מקומות שבהם נפגשות שכבות מים בטמפרטורות שונות.
גם במקומות כאלה זה שונה (בשל ההבדל בתנאי הטמפרטורה). וכאשר גלי קול עוברים דרך שכבות כאלה בעלות צפיפות שונה, הם מאבדים את רוב כוחם. מול תרמוקלינה, גל הקול מוחזר חלקית ולעיתים לחלוטין (מידת ההשתקפות תלויה בזווית שבה הקול נופל), ולאחר מכן, בצד השני של המקום הזה, נוצר אזור צל. אם נשקול דוגמה כאשר מקור קול ממוקם בחלל המים מעל התרמוקלינה, אז זה יהיה כמעט בלתי אפשרי לשמוע משהו אפילו נמוך יותר.
אשר מתפרסמים מעל פני השטח, לעולם אינם נשמעים במים עצמם. ולהיפך קורה כשמתחת לשכבת המים: זה לא נשמע מעליה. דוגמה בולטת לכך היא צוללנים מודרניים. שמיעתם מופחתת מאוד בשל העובדה שהמים משפיעים ומהירות הקול הגבוהה במים מפחיתה את איכות קביעת הכיוון ממנו הם נעים. זה מקהה את היכולת הסטריאופונית לתפוס צליל.
מתחת לשכבת מים הם נכנסים לאוזן האדם יותר מכל דרך עצמות גולגולת הראש, ולא, כמו באטמוספירה, דרך עור התוף. התוצאה של תהליך זה היא תפיסתו בו זמנית על ידי שתי האוזניים. המוח האנושי אינו מסוגל בשלב זה להבחין במקומות מהם מגיעים האותות, ובאיזה עוצמה. התוצאה היא הופעת התודעה שהצליל, כביכול, מתגלגל מכל הצדדים בו זמנית, אם כי זה רחוק מלהיות המצב.
בנוסף לאמור לעיל, לגלי קול במרחב המים יש איכויות כמו ספיגה, סטייה ופיזור. הראשון הוא כאשר עוצמת הקול במי מלח נעלמת בהדרגה עקב החיכוך של הסביבה המימית והמלחים שבה. הבדל מתבטא בהסרת הצליל ממקורו. נראה שהוא מתמוסס בחלל כמו אור, וכתוצאה מכך עוצמתו יורדת משמעותית. ותנודות נעלמות לחלוטין עקב פיזור על כל מיני מכשולים, חוסר הומוגניות של המדיום.
קול נספג במים פי מאות פחות מאשר באוויר. אף על פי כן, השמיעה בסביבה המימית גרועה בהרבה מאשר באטמוספרה. זה מוסבר על ידי המוזרויות של התפיסה האנושית של צליל. באוויר קול נתפס בשני אופנים: על ידי העברת תנודות אוויר לעור התוף (הולכת אוויר) ומה שנקרא הולכת עצם, כאשר תנודות הקול נתפסות ומועברות למכשיר השמיעה על ידי עצמות הגולגולת.
בהתאם לסוג ציוד הצלילה, הצולל קולט קול במים עם דומיננטיות של אויר או הולכה של עצם. הנוכחות של קסדה תלת מימדית מלאה באוויר מאפשרת לך לתפוס צליל על ידי הולכת אוויר. עם זאת, אובדן משמעותי של אנרגיית הקול הוא בלתי נמנע כתוצאה מהחזר קול ממשטח הקסדה.
כאשר יורדים ללא ציוד או בציוד עם קסדה צמודה, הולכת עצם שולטת.
תכונה של תפיסת קול מתחת למים היא גם אובדן היכולת לקבוע את הכיוון למקור הקול. זאת בשל העובדה שאברי השמיעה האנושיים מותאמים למהירות התפשטות הקול באוויר וקובעים את הכיוון למקור הקול בשל ההבדל בזמן ההגעה של אות הקול ורמת לחץ הקול היחסית הנתפסת על ידי כל אוזן. הודות למכשיר האפרכסת, אדם באוויר מסוגל לקבוע היכן נמצא מקור הקול - מלפנים או מאחור, אפילו באוזן אחת. במים הדברים שונים. מהירות התפשטות הקול במים גדולה פי 4.5 מאשר באוויר. לכן, ההבדל בזמן הקליטה של אות הקול על ידי כל אוזן הופך כל כך קטן עד שכמעט בלתי אפשרי לקבוע את הכיוונים למקור הקול.
כאשר משתמשים בקסדה קשיחה כחלק מהציוד, נשללת בדרך כלל האפשרות לקבוע את הכיוון למקור הקול.
השפעות ביולוגיות של גזים על גוף האדם
שאלת ההשפעות הביולוגיות של גזים לא הועלתה במקרה והיא נובעת מהעובדה שתהליכי חילופי הגזים במהלך נשימה אנושית בתנאים רגילים ומה שנקרא היפרברי (כלומר, תחת לחץ דם גבוה) שונים באופן משמעותי.
ידוע שהאוויר האטמוספרי הרגיל שאנו נושמים אינו מתאים לנשימה של טייסים בטיסות בגובה רב. הוא גם מוצא שימוש מוגבל לנשימה של צוללנים. כאשר יורדים לעומקים של יותר מ-60 מ', הוא מוחלף בתערובות גז מיוחדות.
שקול את המאפיינים העיקריים של גזים, אשר, הן בצורה טהורה והן בתערובות עם אחרים, משמשים לנשימה על ידי צוללנים.
בהרכבו, האוויר הוא תערובת של גזים שונים. המרכיבים העיקריים של האוויר הם: חמצן - 20.9%, חנקן - 78.1%, פחמן דו חמצני - 0.03%. בנוסף, כמויות קטנות באוויר מכילות: ארגון, מימן, הליום, ניאון, וכן אדי מים.
את הגזים המרכיבים את האטמוספירה ניתן לחלק לשלוש קבוצות לפי השפעתם על גוף האדם: חמצן - נצרך כל הזמן כדי "לשמור על כל תהליכי החיים; חנקן, הליום, ארגון וכדומה - אינם משתתפים בחילופי גזים; פחמן דו חמצני - בריכוז מוגבר לאורגניזם מזיק.
חַמצָן(O2) הוא גז חסר צבע ללא טעם וריח בצפיפות של 1.43 ק"ג/מ"ק. יש חשיבות רבה לאדם כמשתתף בכל תהליכי החמצון בגוף. בתהליך הנשימה, חמצן בריאות משתלב עם המוגלובין בדם ונישא בכל הגוף, שם הוא נצרך ברציפות על ידי תאים ורקמות. הפסקה באספקה או אפילו ירידה באספקה שלו לרקמות גורמת לרעב חמצן, המלווה באובדן הכרה, ובמקרים חמורים, הפסקת חיים. מצב זה יכול להתרחש כאשר תכולת החמצן באוויר הנשאף בלחץ רגיל יורדת מתחת ל-18.5%. מאידך, עם עלייה בתכולת החמצן בתערובת הנשאפת או בעת נשימה בלחץ, מעבר למותר, חמצן מפגין תכונות רעילות - מתרחשת הרעלת חמצן.
חַנקָן(N) - גז חסר צבע, חסר ריח וטעם בצפיפות של 1.25 ק"ג/מ"ק, הוא החלק העיקרי של האוויר האטמוספרי בנפח ובמסה. בתנאים נורמליים, הוא ניטרלי מבחינה פיזיולוגית, אינו לוקח חלק בחילוף החומרים. עם זאת, כאשר הלחץ עולה עם עומק הצלילה של הצולל, החנקן מפסיק להיות ניטרלי ובעומקים של 60 מטר או יותר, מפגין תכונות נרקוטיות בולטות.
פחמן דו חמצני(CO2) הוא גז חסר צבע עם טעם חמוץ. הוא כבד פי 1.5 מהאוויר (צפיפות 1.98 ק"ג/מ"ק), ולכן הוא יכול להצטבר בחלקים התחתונים של חדרים סגורים ומאווררים גרוע.
פחמן דו חמצני נוצר ברקמות כתוצר סופי של תהליכי חמצון. כמות מסוימת של גז זה קיימת תמיד בגוף ומעורבת בוויסות הנשימה, והעודף נישא בדם לריאות ומוסר באוויר נשוף. כמות הפחמן הדו חמצני הנפלט על ידי אדם תלויה בעיקר במידת הפעילות הגופנית ובמצב התפקוד של הגוף. בנשימה תכופה ועמוקה (היפרונטילציה), תכולת הפחמן הדו חמצני בגוף יורדת, מה שעלול להוביל להפסקת נשימה (דום נשימה) ואף לאובדן הכרה. מצד שני, עלייה בתכולתו בתערובת הנשימתית יותר מהמותר מביאה להרעלה.
מבין שאר הגזים המרכיבים את האוויר, השימוש הגדול ביותר בקרב צוללנים קיבל הֶלִיוּם(לֹא). זהו גז אינרטי, חסר ריח וחסר טעם. בעל צפיפות נמוכה (כ-0.18 ק"ג/מ"ק) ויכולת נמוכה משמעותית לגרום להשפעות נרקוטיות כאשר לחצים גבוהים, הוא נמצא בשימוש נרחב כתחליף חנקן להכנת תערובות נשימה מלאכותיות במהלך ירידות לעומקים גדולים.
עם זאת, השימוש בהליום בהרכב של תערובות נשימתיות מוביל לתופעות לא רצויות אחרות. המוליכות התרמית הגבוהה שלו, וכתוצאה מכך, העברת חום הגוף המוגברת דורשים הגנה תרמית מוגברת או חימום אקטיבי של צוללנים.
לחץ אוויר. ידוע כי לאטמוספירה סביבנו יש מסה והיא מפעילה לחץ על פני כדור הארץ ועל כל העצמים שעליו. הלחץ האטמוספרי הנמדד בגובה פני הים מאוזן בצינורות עם חתך של G cm2 עם עמוד של כספית בגובה 760 מ"מ או מים בגובה 10.33 מ'. אם כספית או מים אלה נשקלים, מסתם תהיה 1.033 ק"ג. המשמעות היא ש"לחץ אטמוספרי רגיל שווה ל-1.033 ק"ג/ס"מ, שבמערכת SI שווה ערך ל-103.3 kPa *. (* במערכת SI, יחידת הלחץ היא פסקל (Pa). אם יש צורך בהמרה, משתמשים ביחסים: 1 kgf / cm1 \u003d 105 Pa \u003d 102 kPa \u003d \u003d * 0.1 MPa.).
עם זאת, בפועל של חישובי צלילה, זה לא נוח להשתמש ביחידות מדידה מדויקות כאלה. לכן, יחידת הלחץ נלקחת כלחץ השווה מספרית ל-1 kgf / cm2, אשר נקרא האטמוספירה הטכנית (at). אטמוספרה טכנית אחת מתאימה ללחץ של 10 מ' של עמוד מים.
האוויר נדחס בקלות כאשר הלחץ עולה, ומפחית את הנפח ביחס ללחץ. לחץ אוויר דחוס נמדד עם מדי לחץ שמראים לחץ יתר , כלומר לחץ מעל האטמוספירה. יחידת לחץ יתר מסומנת אטי. סכום הלחץ העודף והלחץ האטמוספרי נקרא לחץ אבסולוטי(אטא).
בתנאים יבשתיים רגילים, אוויר מכל הצדדים לוחץ באופן שווה על אדם. בהתחשב בכך ששטח הגוף האנושי הוא בממוצע 1.7-1.8 מ"ר, כוח לחץ האוויר הנופל עליו הוא 17-18 אלף ק"ג (17-18 טפ). אולם אדם אינו חש בלחץ זה, שכן גופו מורכב ב-70% מנוזלים בלתי ניתנים לדחיסה, ובחללים הפנימיים - ריאות, אוזן תיכונה וכו' - הוא מאוזן בלחץ הנגד של האוויר שנמצא שם ומתקשר עם האווירה.
בטבילה במים, אדם נחשף ללחץ עודף מעמוד מים מעליו, שגדל ב-1 ati כל 10 מ'. שינויים בלחץ עלולים לגרום לכאבים ודחיסה, כדי למנוע אותם על הצולל לספק אוויר לנשימה בלחץ. שווה לסביבת הלחץ המוחלט.
מכיוון שצוללנים צריכים להתמודד עם אוויר דחוס או תערובות גז, ראוי להיזכר בחוקים הבסיסיים שהם מצייתים להם ולתת כמה נוסחאות הדרושות לחישובים מעשיים.
אוויר, כמו גזים אמיתיים אחרים ותערובות גזים, בקירוב מסוים, מציית לחוקים פיזיקליים שתקפים לחלוטין עבור גזים אידיאליים.
ציוד צלילה
ציוד צלילה הוא אוסף של מכשירים ומוצרים הנלבשים על ידי צולל כדי להבטיח חיים ועבודה בסביבה המימית לפרק זמן נתון.
ציוד צלילה מתאים למטרה אם הוא יכול לספק:
נשימה של אדם כאשר הוא מבצע עבודה מתחת למים;
בידוד והגנה תרמית מים קרים;
ניידות מספקת ומיקום יציב מתחת למים;
בטיחות במהלך טבילה, יציאה אל פני השטח ובתהליך העבודה;
חיבור מאובטח למשטח.
בהתאם למשימות שיש לפתור, ציוד הצלילה מחולק ל:
לפי עומק השימוש - לציוד לעומקים רדודים (בינוניים) ולעומק הים;
על פי השיטה של אספקת תערובת גז הנשימה - לאוטונומי וצינור;
לפי שיטת ההגנה התרמית - לציוד בעל הגנה תרמית פסיבית, מחומם חשמלית ומים;
לפי שיטת הבידוד - לציוד עם חליפות צלילה אטומות למים וגזים מסוג "יבש" וסוג "רטוב" חדיר.
הרעיון השלם ביותר של התכונות הפונקציונליות של פעולת ציוד הצלילה ניתן על ידי הסיווג שלו לפי שיטת השמירה על הרכב תערובת הגז הדרושה לנשימה. הציוד מובחן כאן:
מְאֻורָר;
עם ערכת נשימה פתוחה;
עם דפוס נשימה סגור למחצה;
עם נשימה סגורה.
אנחנו יודעים שקול עובר באוויר. בגלל זה אנחנו יכולים לשמוע. שום צליל לא יכול להתקיים בחלל ריק. אבל אם צליל מועבר באוויר, עקב האינטראקציה של חלקיקיו, האם הוא לא יועבר על ידי חומרים אחרים? יהיה.
התפשטות ומהירות הקול במדיות שונות
צליל לא מועבר רק באוויר. בטח כולם יודעים שאם מציבים את האוזן לקיר אפשר לשמוע שיחות בחדר הסמוך. במקרה זה, הצליל מועבר על ידי הקיר. צלילים מתפשטים במים ובאמצעים אחרים. יתרה מכך, התפשטות הקול בסביבות שונות מתרחשת בדרכים שונות. מהירות הקול משתנהבהתאם לחומר.
באופן מוזר, מהירות התפשטות הקול במים גבוהה כמעט פי ארבעה מאשר באוויר. כלומר, דגים שומעים "מהר יותר" מאיתנו. במתכות ובזכוכית, הקול עובר מהר יותר. הסיבה לכך היא שקול הוא רטט של המדיום, וגלי קול נעים מהר יותר במדיה עם מוליכות טובה יותר.
הצפיפות והמוליכות של מים גדולה מזו של אוויר, אך פחותה מזו של מתכת. בהתאם לכך, הצליל מועבר בצורה שונה. כאשר עוברים ממדיום אחד לאחר, מהירות הקול משתנה.
גם אורכו של גל קול משתנה כאשר הוא עובר ממדיום אחד למשנהו. רק התדירות שלו נשארת זהה. אבל בגלל זה אנחנו יכולים להבחין מי מדבר ספציפית אפילו דרך הקירות.
מכיוון שקול הוא רעידות, כל החוקים והנוסחאות לרעידות וגלים ישימים היטב על רעידות קול. כאשר מחשבים את מהירות הקול באוויר, יש לקחת בחשבון גם את העובדה שמהירות זו תלויה בטמפרטורת האוויר. ככל שהטמפרטורה עולה, מהירות התפשטות הקול עולה. בתנאים רגילים, מהירות הקול באוויר היא 340,344 m/s.
גלי קול
גלי קול, כידוע מהפיסיקה, מתפשטים במדיה אלסטית. זו הסיבה שצלילים מועברים היטב על ידי כדור הארץ. אם שמים את האוזן אל הקרקע, אפשר לשמוע מרחוק קול צעדים, שקשוק פרסות וכו'.
בילדות, כולם בוודאי נהנו בכך שהצמידו את האוזן אל הפסים. רעש גלגלי הרכבת מועבר לאורך המסילה לאורך מספר קילומטרים. כדי ליצור את האפקט ההפוך של ספיגת קול, נעשה שימוש בחומרים רכים ונקבוביים.
למשל, על מנת להגן על חדר מפני צלילים זרים, או להיפך, על מנת למנוע בריחת צלילים מהחדר אל החוץ, החדר מטופל ואטום לרעש. הקירות, הרצפה והתקרה מרופדים בחומרים מיוחדים המבוססים על פולימרים מוקצפים. בריפוד כזה כל הצלילים שוככים מהר מאוד.
הידרואקוסטיקה (מיוונית. הידרו- מים, אקוסטיקוקוקוס- שמיעתי) - מדע התופעות המתרחשות בסביבה המימית וקשורות להתפשטות, פליטה וקבלה של גלים אקוסטיים. הוא כולל פיתוח ויצירה של מכשירים הידראוקוסטיים המיועדים לשימוש בסביבה מימית.
ההיסטוריה של ההתפתחות
יסודות ההידרואקוסטיקה
תכונות של התפשטות גלים אקוסטיים במים
מרכיבים של אירוע התרחשות הד.
תחילתו של מחקר מקיף ויסודי על התפשטות גלים אקוסטיים במים הונחה במהלך מלחמת העולם השנייה, שהוכתבה על ידי הצורך לפתור את הבעיות המעשיות של חיל הים ובראש ובראשונה צוללות. העבודה הניסויית והתיאורטית נמשכה בשנים שלאחר המלחמה ותמצתה במספר מונוגרפיות. כתוצאה מעבודות אלו, זוהו ושוכללו כמה מאפיינים של התפשטות גלים אקוסטיים במים: ספיגה, הנחתה, השתקפות ושבירה.
ספיגת אנרגיית הגל האקוסטי במי הים נגרמת על ידי שני תהליכים: החיכוך הפנימי של המדיום ופירוק המלחים המומסים בו. התהליך הראשון הופך את האנרגיה של גל אקוסטי לאנרגיה תרמית, והתהליך השני, המומר לאנרגיה כימית, מוציא את המולקולות משיווי משקל, והן מתכלות ליונים. סוג זה של בליעה עולה בחדות עם עלייה בתדירות הרטט האקוסטי. נוכחותם של חלקיקים מרחפים, מיקרואורגניזמים וחריגות טמפרטורה במים מובילה גם להחלשת הגל האקוסטי במים. ככלל, הפסדים אלו קטנים, והם נכללים בספיגה הכוללת, אולם לעיתים, כמו למשל במקרה של פיזור בעקבות ספינה, הפסדים אלו יכולים להגיע עד 90%. הנוכחות של חריגות טמפרטורה מובילה לעובדה שהגל האקוסטי נכנס לאזורי הצל האקוסטי, שם הוא יכול לעבור השתקפויות מרובות.
נוכחותם של ממשקי מים-אוויר ומים-תחתית מובילה להחזרה של גל אקוסטי מהם, ואם במקרה הראשון הגל האקוסטי מוחזר לחלוטין, הרי שבמקרה השני מקדם ההשתקפות תלוי בחומר התחתון: הוא משקף בצורה גרועה את הקרקעית הבוצית, חולית וסלעית היטב. בעומקים רדודים, עקב השתקפות חוזרת ונשנית של גל אקוסטי בין הקרקעית לפני השטח, נוצרת תעלת קול תת-מימית, בה יכול הגל האקוסטי להתפשט למרחקים ארוכים. שינוי ערך מהירות הקול בעומקים שונים מוביל לעקמומיות של "קרני" הקול - שבירה.
שבירה של צליל (עקמומיות של נתיב אלומת הקול)
|
שבירת קול במים: א - בקיץ; ב - בחורף; בצד שמאל - שינוי מהירות עם עומק. מהירות התפשטות הקול משתנה בהתאם לעומק, והשינויים תלויים בזמן השנה וביום, בעומק המאגר ועוד מספר סיבות. קרני הקול היוצאות ממקור בזווית מסוימת לאופק מכופפות, וכיוון העיקול תלוי בהתפלגות מהירויות הקול בתווך: בקיץ, כשהשכבות העליונות חמות יותר מהתחתונות, הקרניים מתכופפות. כלפי מטה ומשתקפים בעיקר מלמטה, תוך איבוד חלק ניכר מהאנרגיה שלהם; בחורף, כאשר השכבות התחתונות של המים שומרות על הטמפרטורה שלהן, בעוד השכבות העליונות מתקררות, הקרניים מתכופפות כלפי מעלה ומשתקפות שוב ושוב מפני השטח של המים, כשהרבה פחות אנרגיה הולכת לאיבוד. לכן, בחורף, מרחק התפשטות הקול גדול יותר מאשר בקיץ. לפיזור מהירות הקול האנכי (VSDS) ולשיפוע המהירות יש השפעה מכרעת על התפשטות הקול בסביבה הימית. התפלגות מהירות הקול באזורים שונים של האוקיינוס העולמי שונה ומשתנה עם הזמן. ישנם מספר מקרים טיפוסיים של VRSZ: |
פיזור וקליטה של צליל על ידי חוסר הומוגניות של המדיום.
התפשטות הקול בצליל מתחת למים. ערוץ: a - שינוי במהירות הקול עם עומק; b - נתיב של קרניים בערוץ הקול. התפשטותם של צלילים בתדר גבוה, כאשר אורכי הגל קטנים מאוד, מושפעת מאי-הומוגניות קטנות, המצויות בדרך כלל במאגרים טבעיים: בועות גז, מיקרואורגניזמים וכו'. אי-הומוגניות אלו פועלות בשתי דרכים: הן סופגות ומפזרות את האנרגיה של גלי קול. . כתוצאה מכך, עם עלייה בתדירות תנודות הקול, טווח ההתפשטות שלהם מצטמצם. השפעה זו בולטת במיוחד בשכבת פני המים, שבה יש הכי הרבה אי-הומוגניות. פיזור הקול על ידי הטרוגניות, כמו גם אי-סדירות בפני השטח של המים והקרקעית, גורם לתופעה של הדהוד תת-מימי, המלווה בשליחת דופק קול: גלי קול, המשקפים משילוב של הטרוגניות והתמזגות, נותנים א. הידוק דופק הקול, הנמשך לאחר סיומו. גבולות טווח ההתפשטות של קולות תת-מימיים מוגבלים גם על ידי רעשי הים העצמיים, שמקורם כפול: חלק מהרעשים נובעים מפגיעת גלים על פני המים, מהגלישה בים, מהרעשים. רעש של חלוקים מתגלגלים וכו'; החלק השני קשור לבעלי חיים ימיים (צלילים המופקים על ידי הידרוביונטים: דגים וחיות ימיות אחרות). ביוהידרואקוסטיקה עוסקת בהיבט חמור מאוד זה. |
מרחק התפשטות גלי הקול
טווח ההתפשטות של גלי הקול הוא פונקציה מורכבת של תדר הקרינה, הקשורה באופן ייחודי לאורך הגל של האות האקוסטי. כידוע, אותות אקוסטיים בתדר גבוה מוחלשים במהירות עקב קליטה חזקה על ידי הסביבה המימית. אותות בתדר נמוך, להיפך, מסוגלים להתפשט בסביבה המימית למרחקים ארוכים. אז אות אקוסטי בתדר של 50 הרץ מסוגל להתפשט באוקיינוס למרחקים של אלפי קילומטרים, בעוד שלאות בתדר של 100 קילו-הרץ, האופייני לסונאר סריקת צד, יש טווח התפשטות של 1-2 בלבד. ק"מ. הטווחים המשוערים של סונרים מודרניים עם תדרים שונים של האות האקוסטי (אורך הגל) ניתנים בטבלה:
תחומי שימוש.
ההידרואקוסטיקה זכתה ליישום מעשי רחב, שכן טרם נוצרה מערכת יעילה להעברת גלים אלקטרומגנטיים מתחת למים בכל מרחק משמעותי, ולכן הקול הוא אמצעי התקשורת היחיד האפשרי מתחת למים. למטרות אלו, נעשה שימוש בתדרי צליל מ-300 עד 10,000 הרץ ואולטרסאונד מ-10,000 הרץ ומעלה. פולטים והידרופונים אלקטרודינמיים ופיזואלקטריים משמשים כפולטים ומקלטים באזור הקול, ובאזור האולטראסוני משתמשים בפיזואלקטריים ומגנטוסטרקטיביים.
היישומים המשמעותיים ביותר של הידרואקוסטיקה הם:
- לפתור בעיות צבאיות;
- ניווט ימי;
- תקשורת תת ימית קולית;
- סיור חיפושי דגים;
- מחקר אוקינולוגי;
- תחומי פעילות לפיתוח עושר קרקעית האוקיינוסים;
- שימוש באקוסטיקה בבריכה (בבית או במרכז אימוני שחייה מסונכרנת)
- אילוף בעלי חיים ימיים.
הערות
ספרות ומקורות מידע
סִפְרוּת:
- V.V. שוליקין פיזיקה של הים. - מוסקבה: "נאוקה", 1968. - 1090 עמ'.
- א.א. רומנית יסודות ההידרואקוסטיקה. - מוסקבה: "בניית ספינות", 1979. - 105 עמ'.
- יו.א. קוריאקין מערכות הידראוקוסטיות. - סנט פטרסבורג: "מדע סנט פטרסבורג והכוח הימי של רוסיה", 2002. - 416 עמ'.
>> פיזיקה: צליל בסביבות שונות
התפשטות הקול דורשת מדיום אלסטי. גלי קול לא יכולים להתפשט בוואקום כי אין מה לרטוט שם. ניתן לאמת זאת על ידי ניסוי פשוט. אם נניח פעמון חשמלי מתחת לפעמון זכוכית, כשהאוויר נשאב מתחת לפעמון, נגלה שהקול מהפעמון יחלש יותר ויותר עד שייעצר כליל.
קול בגזים. ידוע שבזמן סופת רעמים אנו רואים לראשונה הבזק של ברק ורק לאחר זמן מה שומעים רעמים (איור 52). עיכוב זה מתרחש בשל העובדה שמהירות הקול באוויר נמוכה בהרבה ממהירות האור המגיע מברק.
מהירות הקול באוויר נמדדה לראשונה בשנת 1636 על ידי המדען הצרפתי M. Mersenne. בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס, זה שווה ל-343 m/s, כלומר. 1235 קמ"ש. שימו לב שבערך זה יורדת מהירות כדור הנורה ממקלע קלצ'ניקוב (PK) במרחק של 800 מ'. מהירות הלוע של הקליע היא 825 מטר לשנייה, שהיא הרבה יותר גבוהה ממהירות הקול באוויר. לכן אדם השומע קול ירייה או שריקת כדור אינו צריך לדאוג: כדור זה כבר חלף על פניו. הקליע חוצה את קול הירייה ומגיע אל קורבנו לפני שהקול מגיע.
מהירות הקול תלויה בטמפרטורה של המדיום: עם עלייה בטמפרטורת האוויר היא עולה, ועם ירידה היא יורדת. ב-0 מעלות צלזיוס, מהירות הקול באוויר היא 331 מטר לשנייה.
הקול נע במהירויות שונות בגזים שונים. ככל שהמסה של מולקולות הגז גדולה יותר, כך מהירות הקול בה נמוכה יותר. אז, בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס, מהירות הקול במימן היא 1284 מ"ש, בהליום - 965 מ"ש, ובחמצן - 316 מ"ש.
צליל בנוזלים. מהירות הקול בנוזלים גדולה בדרך כלל ממהירות הקול בגזים. מהירות הקול במים נמדדה לראשונה בשנת 1826 על ידי J. Colladon ו-J. Sturm. הם ביצעו את הניסויים שלהם באגם ז'נבה בשוויץ (איור 53). על סירה אחת הציתו אבק שריפה ובמקביל פגעו בפעמון שהורד למים. קולו של פעמון זה, בעזרת צופר מיוחד, שהוורד אף הוא למים, נתפס בסירה אחרת, שהיתה ממוקמת במרחק של 14 ק"מ מהראשונה. מהירות הקול במים נקבעה מרווח הזמן בין הבזק האור להגעת אות הקול. בטמפרטורה של 8 מעלות צלזיוס, התברר שהיא עומדת על כ-1440 מ"ש. 
בגבול בין שני מדיות שונות, חלק מגל הקול מוחזר, וחלק עובר הלאה. כאשר קול עובר מאוויר למים, 99.9% מאנרגיית הקול מוחזרת בחזרה, אך הלחץ בגל הקול שעבר למים גדול כמעט פי 2. מכשיר שמיעההדג מגיב לזה. לכן, למשל, צרחות ורעשים מעל פני המים הם דרך בטוחה להפחיד חיים ימיים. הצרחות הללו לא יחרישו אדם שנמצא מתחת למים: כשהוא טובל במים יישארו "פקקי" אוויר באוזניו, מה שיציל אותו מעומס קול.
כאשר קול עובר ממים לאוויר, 99.9% מהאנרגיה מוחזרת שוב. אבל אם לחץ הקול גדל במהלך המעבר מאוויר למים, עכשיו, להיפך, הוא יורד בחדות. מסיבה זו, למשל, הצליל המתרחש מתחת למים כאשר אבן אחת פוגעת באחרת אינו מגיע לאדם באוויר.
התנהגות זו של קול על הגבול בין מים לאוויר נתנה סיבה לאבותינו להחשיב את העולם התת-ימי כ"עולם של דממה". מכאן הביטוי: "הוא אילם כמו דג". עם זאת, אפילו לאונרדו דה וינצ'י הציע להאזין לצלילים מתחת למים על ידי הצמדת האוזן למשוט שהופל למים. בשיטה זו ניתן לראות שהדגים למעשה די דברניים.
צליל במוצקים. מהירות הקול במוצקים גדולה יותר מאשר בנוזלים ובגזים. אם תניח את האוזן אל המעקה, אז לאחר שתפגע בקצה השני של המעקה, תשמע שני צלילים. אחד מהם יגיע לאוזן שלך לאורך המסילה, השני - דרך האוויר.
לכדור הארץ יש מוליכות קול טובה. לכן, בימים עברו, בזמן מצור, הוצבו בחומות המבצר "שומעים", שעל פי הקול שהעביר האדמה, יכלו לקבוע אם האויב חופר אל החומות או לא. כשהם הניחו את אוזנם לקרקע, הם גם צפו בהתקרבות פרשי האויב.
גופים מוצקים מוליכים קול היטב. בגלל זה, אנשים שאיבדו את שמיעתם מסוגלים לפעמים לרקוד לצלילי מוזיקה שמגיעה לעצבי השמיעה שלהם לא דרך האוויר והאוזן החיצונית, אלא דרך הרצפה והעצמות.
1. מדוע בזמן סופת רעמים אנו רואים תחילה ברקים ורק אחר כך שומעים רעמים? 2. מה קובע את מהירות הקול בגזים? 3. מדוע אדם העומד על גדת נהר אינו שומע את הקולות המתרחשים מתחת למים? 4. מדוע היו "השומעים" שבימים קדומים עקבו אחר עבודות העפר של האויב, אנשים עיוורים לעתים קרובות?
משימה נסיונית . הצב שעון על קצה אחד של הלוח (או סרגל עץ ארוך), שים את האוזן לקצה השני שלו. מה אתה שומע? הסבר את התופעה.
S.V. גרומוב, נ.א. מולדת, פיזיקה כיתה ח'
נשלח על ידי קוראים מאתרי אינטרנט
תכנון פיזיקה, תכניות לתקצירים של שיעורי פיזיקה, תוכנית לימודים בבית הספר, ספרי לימוד וספרי פיזיקה כיתה ח', קורסים ומשימות בפיזיקה לכיתה ח'
תוכן השיעור סיכום שיעורתמיכה מסגרת שיעור מצגת שיטות האצה טכנולוגיות אינטראקטיביות תרגול משימות ותרגילים סדנאות בדיקה עצמית, הדרכות, מקרים, קווסטים שאלות דיון שיעורי בית שאלות רטוריות של תלמידים איורים אודיו, וידאו קליפים ומולטימדיהתצלומים, תמונות גרפיקה, טבלאות, תוכניות הומור, אנקדוטות, בדיחות, משלי קומיקס, אמרות, תשבצים, ציטוטים תוספות תקציריםמאמרים שבבים עבור גיליונות רמאות סקרנים ספרי לימוד בסיסי ומילון מונחים נוסף של מונחים אחרים שיפור ספרי לימוד ושיעוריםתיקון שגיאות בספר הלימודעדכון קטע בספר הלימוד אלמנטים של חדשנות בשיעור החלפת ידע מיושן בידע חדש רק למורים שיעורים מושלמיםתוכנית לוח שנה לשנה הנחיותתוכניות דיון שיעורים משולבים
