Širjenje zvočnih valov v vodi. Zakaj zvok v vodi potuje hitreje kot v zraku?

Hidroakustika (iz grščine hydor- voda, acousticoc- slušni) - veda o pojavih, ki se dogajajo v vodno okolje in v zvezi s širjenjem, sevanjem in sprejemom zvočnih valov. Vključuje vprašanja razvoja in ustvarjanja hidroakustičnih naprav, namenjenih uporabi v vodnem okolju.

Zgodovina razvoja

Hidroakustika je hitro razvijajoča se znanost, ki ima nedvomno veliko prihodnost. Pred njegovim pojavom je potekala dolga pot razvoja teoretične in uporabne akustike. Prve podatke o človeškem zanimanju za širjenje zvoka v vodi najdemo v zapiskih slavnega renesančnega znanstvenika Leonarda da Vincija:

Prve meritve razdalje skozi zvok je izvedel ruski raziskovalec akademik D. Zakharov. 30. junija 1804 je odletel naprej balon na vroč zrak v znanstvene namene, pri tem letu pa je za določitev višine leta uporabil odboj zvoka od zemeljske površine. Ko je bil v košu za žogo, je glasno zavpil v navzdol obrnjen zvočnik. Po 10 sekundah je prišel jasno slišen odmev. Iz tega je Zakharov zaključil, da je bila višina krogle nad tlemi približno 5 x 334 = 1670 m. Ta metoda je bila osnova radia in sonarja.

Poleg razvoja teoretičnih vprašanj so v Rusiji potekale tudi praktične študije pojavov širjenja zvoka v morju. Admiral S. O. Makarov v letih 1881 - 1882 predlagal uporabo naprave, imenovane fluktometer, za prenos informacij o hitrosti tokov pod vodo. To je pomenilo začetek razvoja nova industrija znanost in tehnologija - hidroakustična telemetrija.

Diagram hidrofonične postaje baltske tovarne model 1907: 1 - vodna črpalka; 2 - cevovod; 3 - regulator tlaka; 4 - elektromagnetni hidravlični ventil (telegrafski ventil); 5 - telegrafski ključ; 6 - hidravlični membranski oddajnik; 7 - stran ladje; 8 - rezervoar za vodo; 9 - zaprti mikrofon

Leta 1890. V Baltski ladjedelnici so se na pobudo kapitana 2. ranga M.N. Beklemisheva začela dela na razvoju hidroakustičnih komunikacijskih naprav. Prva testiranja hidroakustičnega oddajnika za podvodno komunikacijo so bila izvedena l konec XIX V. v eksperimentalnem bazenu v pristanišču Galernaya v Sankt Peterburgu. Vibracije, ki jih oddaja, je bilo mogoče jasno slišati 7 milj stran na plavajočem svetilniku Nevsky. Kot rezultat raziskav leta 1905. ustvaril prvo hidroakustično komunikacijsko napravo, pri kateri je vlogo oddajne naprave imela posebna podvodna sirena, ki jo je krmilil telegrafski ključ, sprejemnik signala pa je bil karbonski mikrofon, pritrjen z notranje strani na ladijski trup. Signale so posneli z Morsejevim aparatom in na uho. Kasneje je bila sirena nadomeščena z membranskim oddajnikom. Učinkovitost naprave, imenovane hidrofonska postaja, se je močno povečala. Pomorski preizkusi nove postaje so potekali marca 1908. na Črnem morju, kjer doseg zanesljivega sprejema signala presega 10 km.

Prve serijske zvočno-podvodne komunikacijske postaje, ki jih je v letih 1909-1910 zasnovala Baltiška ladjedelnica. nameščeni na podmornicah "krap", "Gudgeon", "Sterlet", « Skuša"in" ostriž". Pri nameščanju postaj na podmornicah je bil sprejemnik za zmanjšanje motenj nameščen v posebnem ohišju, vlečenem za krmo na kabelski vrvi. Angleži so do takšne odločitve prišli šele med prvo svetovno vojno. Potem je bila ta ideja pozabljena in šele konec petdesetih let se je začela ponovno uporabljati v različne države pri izdelavi proti hrupu odpornih sonarskih ladijskih postaj.

Spodbuda za razvoj hidroakustike je bila prva svetovna vojna. Države antante so med vojno utrpele velike izgube v svojih trgovskih in vojaških flotah zaradi akcij nemških podmornic. Bilo je treba najti sredstva za boj proti njim. Kmalu so jih našli. Podmornico v potopljenem položaju lahko slišimo po hrupu, ki ga ustvarjajo propelerji in delovni mehanizmi. Naprava, ki zaznava hrupne predmete in določa njihovo lokacijo, se je imenovala šumni smerokaz. francoski fizik Leta 1915 je P. Langevin predlagal uporabo občutljivega sprejemnika iz soli Rochelle za prvo postajo za določanje smeri hrupa.

Osnove hidroakustike

Značilnosti širjenja zvočnih valov v vodi

Sestavine odmevnega dogodka.

Začetek celovitega in temeljne raziskave o širjenju zvočnih valov v vodi se je začelo med drugo svetovno vojno, kar je narekovala potreba po reševanju praktičnih problemov. mornarice in predvsem podmornice. Eksperimentalno in teoretična dela so se nadaljevala v povojnih letih in strnila v vrsto monografij. Kot rezultat teh del so bile identificirane in razjasnjene nekatere značilnosti širjenja zvočnih valov v vodi: absorpcija, slabljenje, odboj in lom.

Absorpcijo energije zvočnih valov v morski vodi povzročata dva procesa: notranje trenje medija in disociacija soli, raztopljenih v njem. Prvi proces pretvori energijo zvočnega valovanja v toploto, drugi proces, ki se pretvori v kemično energijo, odstrani molekule iz ravnotežnega stanja in te razpadejo na ione. Ta vrsta absorpcije se močno poveča z naraščajočo frekvenco zvočnih vibracij. Prisotnost suspendiranih delcev, mikroorganizmov in temperaturnih anomalij v vodi vodi tudi do slabljenja akustičnega valovanja v vodi. Te izgube so praviloma majhne in se vštevajo v skupno absorpcijo, včasih pa lahko, kot na primer pri razprševanju zaradi ladijskega brazdenja, znašajo tudi do 90 %. Prisotnost temperaturnih anomalij vodi do dejstva, da akustični val pade v območja akustične sence, kjer se lahko večkrat odbije.

Prisotnost vmesnikov med vodo - zrakom in vodo - dnom vodi do odboja zvočnega valovanja od njih, in če se v prvem primeru akustični val popolnoma odbije, potem je v drugem primeru koeficient odboja odvisen od materiala dna: muljasto dno se slabo odbija, peščeno in kamnito pa dobro. Na majhnih globinah se zaradi večkratnih odbojev zvočnega valovanja med dnom in gladino pojavi podvodni zvočni kanal, v katerem se zvočno valovanje lahko širi na velike razdalje. Spreminjanje hitrosti zvoka na različnih globinah vodi do upogibanja zvočnih "žarkov" - loma.

Lom zvoka (ukrivljenost poti zvočnega žarka)

Lom zvoka v vodi: a - poleti; b - pozimi; na levi je sprememba hitrosti z globino. Hitrost širjenja zvoka se spreminja z globino, spremembe pa so odvisne od letnega časa in dneva, globine rezervoarja in številnih drugih razlogov. Zvočni žarki, ki izhajajo iz vira pod določenim kotom glede na obzorje, so upognjeni, smer upogiba pa je odvisna od porazdelitve hitrosti zvoka v mediju: poleti, ko so zgornje plasti toplejše od spodnjih, se žarki upognejo navzdol. in se večinoma odbijajo od dna ter izgubijo pomemben delež svoje energije; pozimi, ko spodnje plasti vode ohranjajo temperaturo, medtem ko se zgornje ohlajajo, se žarki upognejo navzgor in se večkrat odbijajo od vodne površine, pri tem pa se izgubi bistveno manj energije. Zato je pozimi obseg širjenja zvoka večji kot poleti. Vertikalna porazdelitev hitrosti zvoka (VSD) in gradient hitrosti odločilno vplivata na širjenje zvoka v morskem okolju. Porazdelitev hitrosti zvoka na različnih območjih Svetovnega oceana je različna in se s časom spreminja. Obstaja več tipičnih primerov VRSD:

Disperzija in absorpcija zvoka zaradi nehomogenosti medija.

Širjenje zvoka v podvodnem zvoku. kanal: a - sprememba hitrosti zvoka z globino; b - pot žarka v zvočnem kanalu. Za širjenje zvokov visoka frekvenca, ko so valovne dolžine zelo majhne, ​​vplivajo majhne nehomogenosti, ki jih običajno najdemo v naravnih vodnih telesih: plinski mehurčki, mikroorganizmi itd. Te nehomogenosti delujejo na dva načina: absorbirajo in razpršijo energijo zvočnih valov. Posledično se z večanjem frekvence zvočnih vibracij zmanjša obseg njihovega širjenja. Ta učinek je še posebej opazen v površinski plasti vode, kjer je največ nehomogenosti. Razpršitev zvoka po nehomogenostih, pa tudi po neravnih površinah vode in dna povzroča pojav podvodnega odmeva, ki spremlja pošiljanje zvočnega impulza: zvočni valovi, ki se odbijejo od niza nehomogenosti in se združijo, povzročijo podaljšanje zvočnega utripa, ki se nadaljuje po njegovem koncu. Meje dometa širjenja podvodnih zvokov omejuje tudi naravni šum morja, ki ima dvojni izvor: del hrupa nastane zaradi udarcev valov na gladino vode, zaradi valovanja morja, hrup kotalečih se kamenčkov itd.; drugi del je povezan z morsko favno (zvoki, ki jih proizvajajo hidrobionti: ribe in druge morske živali). Biohidroakustika se ukvarja s tem zelo resnim vidikom.

Razpon širjenja zvočnih valov

Razpon širjenja zvočnih valov je kompleksna funkcija frekvence sevanja, ki je edinstveno povezana z valovno dolžino zvočnega signala. Kot je znano, visokofrekvenčni akustični signali hitro oslabijo zaradi močne absorpcije v vodnem okolju. Nasprotno pa se nizkofrekvenčni signali lahko širijo na velike razdalje v vodnem okolju. Tako se lahko akustični signal s frekvenco 50 Hz širi v oceanu na razdalje več tisoč kilometrov, medtem ko ima signal s frekvenco 100 kHz, značilen za sonar bočnega skeniranja, obseg širjenja le 1-2 km. . Približni razponi delovanja sodobnih sonarjev z različnimi frekvencami akustičnega signala (valovne dolžine) so podani v tabeli:

Področja uporabe.

Hidroakustika je postala zelo razširjena praktična uporaba, saj še ni ustvarjen učinkovit sistem prenosi elektromagnetni valovi pod vodo na večji razdalji, zato je zvok edino možno sredstvo komunikacije pod vodo. Za te namene se uporabljajo zvočne frekvence od 300 do 10.000 Hz in ultrazvok od 10.000 Hz in več. V avdio domeni se kot oddajniki in sprejemniki uporabljajo elektrodinamični in piezoelektrični oddajniki in hidrofoni, v ultrazvočni domeni pa piezoelektrični in magnetostriktivni.

Najpomembnejše uporabe hidroakustike:

• Za reševanje vojaških problemov;
• Pomorska navigacija;
• Zvočna komunikacija;
• Raziskovanje ribolova;
• Oceanološke raziskave;
• Področja dejavnosti za razvoj virov oceanskega dna;
• Uporaba akustike v bazenu (doma ali v vadbenem centru za sinhrono plavanje)
• Usposabljanje morskih živali.

Opombe

Literatura in viri informacij

LITERATURA:

• V.V. Šulejkin Fizika morja. - Moskva: "Znanost", 1968. - 1090 str.
• I.A. romunščina Osnove hidroakustike. - Moskva: "Ladjedelništvo", 1979 - 105 str.
• Yu.A. Korjakin Hidroakustični sistemi. - Sankt Peterburg: "Znanost Sankt Peterburga in pomorska moč Rusije", 2002. - 416 str.

Vprašanja.

1. S kakšno frekvenco vibrira bobnič človekovega ušesa, ko ga doseže zvok?

Bobnič človeškega ušesa vibrira s frekvenco zvoka, ki pride do njega.

2. Kakšno valovanje – vzdolžno ali prečno – se širi zvok po zraku? v vodi?

V zraku in vodi zvok potuje v vzdolžnih valovih.

3. Navedite primer, ki kaže, da zvočni val ne potuje takoj, ampak z določeno hitrostjo.

Najbolj očiten primer je blisk strele, ki mu sledi grom.

4. Kakšna je hitrost širjenja zvoka v zraku pri 20 °C?

Hitrost zvoka v zraku pri 20°C je 343 m/s 2 .

5. Ali je hitrost zvoka odvisna od medija, v katerem potuje?

V =340 m/s. Ja, odvisno.

vaje.

1. Določite hitrost zvoka v vodi, če vir, ki niha s periodo 0,002 s, vzbudi valove v vodi dolžine 2,9 m.

2. Določite valovno dolžino zvočnega valovanja s frekvenco 725 Hz v zraku, vodi in steklu.

3. En konec dolge kovinske cevi je enkrat udaril s kladivom. Ali bo zvok udarca potoval na drugi konec cevi skozi kovino? skozi zrak v cevi? Koliko udarcev bo slišal človek, ki stoji na drugem koncu cevi?

Oseba bo slišala dva trka. En zvok bo prišel do njega skozi kovinsko cev, drugi pa po zraku.

4. Opazovalec, ki stoji blizu ravnega dela železnica, videl paro nad žvižgom parne lokomotive, ki je šla v daljavi. 2 sekundi po pojavu pare je zaslišal zvok piščalke in po 34 sekundah je lokomotiva šla mimo opazovalca. Določite hitrost lokomotive.

5. Opazovalec se odmakne od zvona, na katerega udari vsako sekundo. Sprva vidni in slišni udarci sovpadajo. Potem se prenehajo ujemati. Nato se na neki opazovalčevi razdalji od zvona vidni in slišni udarci spet ujemata. Pojasnite ta pojav.

Vemo, da zvok potuje po zraku. Zato lahko slišimo. Noben zvok ne more obstajati v vakuumu. Če pa se zvok prenaša po zraku, ga zaradi interakcije njegovih delcev ne bodo prenašale druge snovi? Will.

Širjenje in hitrost zvoka v različnih medijih

Zvok se ne prenaša le po zraku. Verjetno vsi vedo, da če prislonite uho na steno, lahko slišite pogovore v sosednji sobi. V tem primeru zvok prenaša stena. Zvoki potujejo v vodi in drugih medijih. Poleg tega se širjenje zvoka v različnih okoljih dogaja različno. Hitrost zvoka se spreminja odvisno od snovi.

Zanimivo je, da je hitrost širjenja zvoka v vodi skoraj štirikrat večja kot v zraku. To pomeni, da ribe slišijo "hitreje" kot mi. V kovinah in steklu zvok potuje še hitreje. To je zato, ker je zvok vibracija medija in zvočni valovi potujejo hitreje v bolje prevodnih medijih.

Gostota in prevodnost vode je večja kot pri zraku, vendar manjša kot pri kovini. V skladu s tem se zvok prenaša drugače. Pri prehodu iz enega medija v drugega se hitrost zvoka spremeni.

Dolžina zvočnega vala se spreminja tudi pri prehodu iz enega medija v drugega. Le njegova frekvenca ostaja enaka. A prav zato lahko tudi skozi zidove razberemo, kdo točno govori.

Ker je zvok vibracija, so vsi zakoni in formule za vibracije in valove dobro uporabni tudi za zvočne vibracije. Pri izračunu hitrosti zvoka v zraku je treba upoštevati tudi, da je ta hitrost odvisna od temperature zraka. Z naraščanjem temperature se poveča hitrost širjenja zvoka. V normalnih pogojih je hitrost zvoka v zraku 340,344 m/s.

Zvočni valovi

Kot je znano iz fizike, se zvočni valovi širijo v elastičnih medijih. Zato se zvoki dobro prenašajo po zemlji. Če prislonite uho k tlom, že od daleč slišite korake, klopotanje kopit ipd.

V otroštvu se je najbrž vsak zabaval, ko je prislonil uho na tirnice. Zvok koles vlaka se prenaša po tirnicah več kilometrov. Za ustvarjanje povratni učinek absorpcija zvoka, uporabite mehke in porozne materiale.

Na primer, da bi zaščitili prostor pred tujimi zvoki ali, nasprotno, preprečili, da bi zvoki uhajali iz prostora navzven, je prostor obdelan in zvočno izoliran. Stene, tla in strop so pokriti s posebnimi materiali na osnovi penastih polimerov. V takšnem oblazinjenju vsi zvoki zelo hitro izginejo.

Večina ljudi popolnoma razume, kaj je zvok. Povezan je s sluhom in je povezan s fiziološkimi in psihološki procesi. Možgani obdelujejo občutke, ki prihajajo skozi slušne organe. Hitrost zvoka je odvisna od številnih dejavnikov.

Zvoki, ki jih ljudje odlikujejo

IN v splošnem smislu besede zvenijo fizikalni pojav, ki povzroča posledice na slušnih organih. Ima obliko longitudinalnih valov različnih frekvenc. Ljudje lahko slišijo zvok, katerega frekvenca sega od 16 do 20.000 Hz. Ti elastični longitudinalni valovi, ki se širijo ne samo v zraku, ampak tudi v drugih medijih, dosežejo človeško uho, povzročajo zvočne občutke. Ljudje ne slišijo vsega. Elastične valove s frekvenco manj kot 16 Hz imenujemo infrazvok, nad 20.000 Hz pa ultrazvok. Človeško uho jih ne sliši.

Zvočne lastnosti

Obstajata dve glavni značilnosti zvoka: glasnost in višina. Prvi od njih je povezan z jakostjo elastičnega zvočnega valovanja. Obstaja še en pomemben indikator. Fizična velikost, ki označuje višino, je frekvenca nihanja elastičnega vala. V tem primeru velja eno pravilo: večji kot je, višji je zvok in obratno. Še ena najpomembnejša lastnost je hitrost zvoka. V različnih okoljih se razlikuje. Predstavlja hitrost širjenja elastičnih zvočnih valov. V plinastem okolju bo ta številka manjša kot v tekočinah. Hitrost zvoka v trdnih snoveh je največja. Poleg tega je pri vzdolžnih valovih vedno večji kot pri prečnih.

Hitrost širjenja zvočnih valov

Ta indikator je odvisen od gostote medija in njegove elastičnosti. V plinastih medijih na to vpliva temperatura snovi. Hitrost zvoka praviloma ni odvisna od amplitude in frekvence valovanja. V redkih primerih, ko te značilnosti vplivajo, govorijo o tako imenovani disperziji. Hitrost zvoka v parah ali plinih se giblje med 150-1000 m/s. V tekočih medijih je že 750-2000 m / s, v trdnih materialih pa 2000-6500 m / s. V normalnih pogojih doseže hitrost zvoka v zraku 331 m/s. V navadni vodi - 1500 m/s.

Hitrost zvočnih valov v različnih kemičnih medijih

Hitrost širjenja zvoka v različnih kemičnih medijih ni enaka. Torej, v dušiku je 334 m / s, v zraku - 331, v acetilenu - 327, v amoniaku - 415, v vodiku - 1284, v metanu - 430, v kisiku - 316, v heliju - 965, v ogljikov monoksid- 338, v ogljikovem dioksidu - 259, v kloru - 206 m/s. Hitrost zvočnega valovanja v plinastih medijih narašča z naraščanjem temperature (T) in tlaka. V tekočinah se največkrat zmanjša, ko se T poveča za nekaj metrov na sekundo. Hitrost zvoka (m/s) v tekočem mediju (pri temperaturi 20°C):

Voda - 1490;

Etilni alkohol - 1180;

Benzen - 1324;

Merkur - 1453;

Ogljikov tetraklorid - 920;

Glicerin - 1923.

Edina izjema od zgornjega pravila je voda, v kateri hitrost zvoka narašča z naraščajočo temperaturo. Največjo vrednost doseže, ko se ta tekočina segreje na 74°C. Z nadaljnjim naraščanjem temperature se hitrost zvoka zmanjšuje. Z naraščanjem tlaka se bo povečal za 0,01 %/1 atm. V slani morski vodi se z večanjem temperature, globine in slanosti poveča hitrost zvoka. V drugih okoljih se ta indikator spreminja drugače. Tako je v mešanici tekočine in plina hitrost zvoka odvisna od koncentracije njegovih sestavin. V izotopski trdni snovi je določena z gostoto in elastičnimi moduli. Prečni (strižni) in vzdolžni prožni valovi se širijo v neomejenih gostih medijih. Hitrost zvoka (m/s) v trdne snovi(vzdolžni/prečni val):

Steklo - 3460-4800/2380-2560;

Taljeni kremen - 5970/3762;

Beton - 4200-5300/1100-1121;

Cink - 4170-4200/2440;

Teflon - 1340/*;

Železo - 5835-5950/*;

Zlato - 3200-3240/1200;

Aluminij - 6320/3190;

Srebro - 3660-3700/1600-1690;

Medenina - 4600/2080;

Nikelj - 5630/2960.

Pri feromagnetih je hitrost zvočnega valovanja odvisna od jakosti magnetnega polja. V monokristalih je hitrost zvočnega valovanja (m/s) odvisna od smeri njegovega širjenja:

• rubin (vzdolžni val) - 11240;
• kadmijev sulfid (vzdolžno / prečno) - 3580/4500;
• litijev niobat (vzdolžno) - 7330.

Hitrost zvoka v vakuumu je 0, saj se v takem mediju enostavno ne širi.

Določanje hitrosti zvoka

Vse, kar je povezano z zvočnimi signali, je zanimalo naše prednike že pred tisočletji. Skoraj vsi izjemni znanstveniki so delali, da bi ugotovili bistvo tega pojava. starodavni svet. Že starodavni matematiki so ugotovili, da zvok povzročajo nihajna gibanja telesa. O tem sta pisala Evklid in Ptolomej. Aristotel je ugotovil, da ima hitrost zvoka končno vrednost. Prve poskuse določitve tega indikatorja je F. Bacon naredil v 17. stoletju. Hitrost je skušal ugotoviti s primerjavo časovnih intervalov med zvokom strela in bliskom svetlobe. Na podlagi te metode je skupina fizikov na pariški akademiji znanosti prva določila hitrost zvočnega valovanja. IN različni pogoji poskus je bil 350-390 m/s. Teoretično utemeljitev hitrosti zvoka je prvi obravnaval I. Newton v svojih "Načelih". Proizvajaj pravilna definicija P.S. dosegel ta kazalnik. Laplace.

Formule za hitrost zvoka

Za plinaste medije in tekočine, v katerih se zvok širi praviloma adiabatno, je sprememba temperature, povezana z raztezanjem in stiskanjem v longitudinalni val, se ne more hitro izravnati v kratkem času. Očitno na ta kazalnik vpliva več dejavnikov. Hitrost zvočnega valovanja v homogenem plinastem mediju ali tekočini je določena z naslednjo formulo:

kjer je β adiabatna stisljivost, ρ je gostota medija.

Pri delnih odvodih se ta količina izračuna po naslednji formuli:

c 2 = -υ 2 (δρ/δυ) S = -υ 2 Cp/Cυ (δρ/δυ) T,

kjer ρ, T, υ - tlak medija, njegova temperatura in specifična prostornina; S - entropija; Cp - izobarična toplotna kapaciteta; Cυ - izohorna toplotna kapaciteta. Za plinske medije bo ta formula videti takole:

c 2 = ζkT/m= ζRt/M = ζR(t + 273,15)/M = ά 2 T,

kjer je ζ adiabatna vrednost: 4/3 za večatomske pline, 5/3 za enoatomske pline, 7/5 za dvoatomne pline (zrak); R - plinska konstanta (univerzalna); T - absolutna temperatura, merjena v kelvinih; k je Boltzmannova konstanta; t - temperatura v °C; M - molska masa; m - molekulska masa; ά 2 = ζR/ M.

Določanje hitrosti zvoka v trdnem telesu

V trdnem telesu, ki je homogeno, obstajata dve vrsti valov, ki se razlikujeta po polarizaciji nihanja glede na smer njihovega širjenja: transverzalno (S) in longitudinalno (P). Hitrost prvega (C S) bo vedno nižja od drugega (C P):

C P 2 = (K + 4/3G)/ρ = E(1 - v)/(1 + v)(1-2v)ρ;

C S 2 = G/ρ = E/2(1 + v)ρ,

kjer K, E, G - stiskanje, Young, strižni moduli; v - Poissonovo razmerje. Pri izračunu hitrosti zvoka v trdnem telesu se uporabljajo adiabatni elastični moduli.

Hitrost zvoka v večfaznih medijih

V večfaznih medijih je zaradi neelastične absorpcije energije hitrost zvoka neposredno odvisna od frekvence nihanja. V dvofaznem poroznem mediju se izračuna z enačbami Bio-Nikolajevskega.

Zaključek

Pri določanju se uporablja merjenje hitrosti zvočnega valovanja različne lastnosti snovi, kot so elastični moduli trdnih teles, stisljivost tekočin in plinov. Občutljiva metoda za odkrivanje nečistoč je merjenje majhnih sprememb hitrosti zvočnega valovanja. V trdnih snoveh nihanje tega indikatorja omogoča preučevanje pasovne strukture polprevodnikov. Hitrost zvoka je zelo pomembna količina, katere merjenje nam omogoča, da izvemo veliko o najrazličnejših medijih, telesih in drugih predmetih znanstveno raziskovanje. Brez zmožnosti njegovega določanja bi bilo veliko znanstvenih odkritij nemogoče.

Zvočni valovi se lahko širijo v različnih medijih - tekočih, trdnih in plinastih. Valovanje ne more nastati samo v vakuumu. Čim gostejši je medij, večja je hitrost širjenja zvoka v njem. V vodi je hitrost, ki jo dosežejo zvočni valovi, več kot štirikrat večja od hitrosti njihovega širjenja v zraku.

Tukaj je razlaga tega pojava z vidika fizike:



Zvok potuje hitreje v elastičnem mediju. Večja kot je gostota tega medija, ugodnejši je za širjenje zvočnih nihanj. Hitrost zvoka v vodi doseže 1500 metrov na sekundo, v zraku pa le 330-340 m / s; hitrost je odvisna tudi od temperature.

Za primerjavo, hitrost zvoka v kovinah je 5000 metrov na sekundo.

Zvočni valovi se ne širijo samo v brezzračnem prostoru; v tekočih, plinastih in tudi trdnih medijih se zvočni valovi širijo mirno.

Hitrost širjenja zvočnih valov v ravni črti je odvisna od gostote medija; večja kot je gostota medija, močnejša je hitrost širjenja valovanja.

Gostota vode je veliko večja od gostote zraka, zato je hitrost zvočnega valovanja v vodi večja.

Kot argument, Volodja, navajaš glavni razlog. ja Ker je voda manj stisljiv medij kot plin. In trdna snov je manj stisljiva (med širjenjem valov) kot tekočina. Voda v velikih globinah prevaja zvok hitreje kot na površini; tam je bolj stisnjena. Med hitrostjo zvoka in gostoto medija obstaja obratno sorazmerno razmerje. Z drugimi besedami, manj kot je stisljiv medij za širjenje valov, hitreje se val premika.

Dal vam bom grobo primerjavo. Ko se vlak začne premikati, skozi vlak teče nekakšen žvenket val in zadnji vagon se začne premikati nekaj časa po tem, ko se je začela premikati lokomotiva. Enako, vendar v obratnem vrstnem redu, se zgodi med postankom. In vse zato, ker je medij stisljiv, med avtomobili obstaja določena vrzel, ki igra vlogo stisljivosti medija. Če je v trenutku zagona (ustavljanja) celoten vlak napet ali stisnjen (na primer ni na vodoravni ploščadi), se bo zadnji vagon zagnal (ustavil) skoraj istočasno z lokomotivo. Medij je nestisljiv in valovanje se širi veliko hitreje.

Zvok so valovi, ki potujejo skozi katero koli snov. Zrak je redka snov, voda pa je veliko gostejša snov od zraka. Zato zvočni valovi v vodi potujejo hitreje kot v zraku.

Zvočne valove delimo na longitudinalne in transverzalne. Hitrost širjenja zvoka je odvisna od gostote medija in se lahko spreminja v precej širokem območju. V vodi in v plinastem mediju, kjer nihanja gostote niso bistvena, se zvočni valovi širijo vzdolžno, to je v smeri nihanja. delcev medija sovpada s smerjo gibanja valovanja. V gostih (trdnih) telesih se poleg vzdolžnih gibov pojavljajo tudi elastične strižne deformacije, ki povzročajo nastanek prečni valovi(striženje); Zato delci nihajo pravokotno na smer širjenja valovanja. Poleg smeri širjenja valov igrata vlogo tudi zvočni upor in tlak medija. Poleg tega je hitrost zvoka odvisna tudi od dejavnikov, kot je stisljivost snovi.

Pod vodo potuje zvok hitreje kot v zraku, petkrat hitreje.

Tudi kiti se slišijo na razdalji 5 kilometrov.

Zakaj torej zvok potuje hitreje pod vodo? Vse je v gostoti!

Gostota vode je večja od gostote zraka, a tudi manjša od gostote kovine. V skladu s tem se bodo zvoki prenašali drugače.

Toda zvočni valovi se lahko širijo tudi v elastičnih medijih, na primer, če prislonite uho k tlom, lahko slišite zvok korakov, topot kopit, vožnjo avtomobila in še veliko več.

Zvok so mehanske vibracije, ki se prenašajo v katerem koli mediju in jih zaznavajo čutila. zaradi fizikalne lastnosti V različnih okoljih je hitrost širjenja zvočnih vibracij različna. Čim gostejši je medij, tem večja je hitrost prenosa zvoka. Odgovor na nalogo: Zvočni valovi v vodi potujejo hitreje kot v zraku, ker ima voda večjo gostoto.

IN čisto vodo hitrost zvoka je 1500 metrov na sekundo in narašča v toplejši in bolj slani vodi. Gostota vode je večja kot v zraku, zato zvok potuje hitreje. Poleg tega človek zaznava zvok pod vodo skozi kosti lobanje, zvok pa zaznavata obe ušesi, zaradi česar se zdi, kot da zvoki prihajajo z vseh strani.