Tingulli është një nga komponentët e jetës sonë dhe një person e dëgjon atë kudo. Për ta shqyrtuar këtë fenomen në mënyrë më të detajuar, së pari duhet të kuptojmë vetë konceptin. Për ta bërë këtë, duhet t'i drejtoheni enciklopedisë, ku shkruhet se "tingulli është valë elastike që përhapet në çdo mjedis elastik dhe krijon dridhje mekanike në të". Duke folur më shumë gjuhë e thjeshtë janë dridhjet e dëgjueshme në një medium. Karakteristikat kryesore të tingullit varen nga ajo që është. Para së gjithash, shpejtësia e përhapjes, për shembull, në ujë është e ndryshme nga një medium tjetër.

Çdo analog i tingullit ka veti të caktuara (veçori fizike) dhe cilësi (pasqyrimi i këtyre veçorive në ndjesitë njerëzore). Për shembull, kohëzgjatja-kohëzgjatja, frekuenca-pika, kompozimi-timbri, etj.

Shpejtësia e zërit në ujë është shumë më e lartë se, të themi, në ajër. Prandaj, ai përhapet më shpejt dhe është shumë më larg i dëgjueshëm. Kjo ndodh për shkak të densitetit të lartë molekular të mediumit ujor. Është 800 herë më i dendur se ajri dhe çeliku. Nga kjo rrjedh se përhapja e zërit varet kryesisht nga mediumi. Le të shohim numra specifikë. Pra, shpejtësia e zërit në ujë është 1430 m/s, në ajër - 331.5 m/s.

Tingulli me frekuencë të ulët, si zhurma që bën motori i një anijeje, dëgjohet gjithmonë pak para se anija të hyjë në fushën e shikimit. Shpejtësia e saj varet nga disa gjëra. Nëse temperatura e ujit rritet, atëherë natyrisht shpejtësia e zërit në ujë rritet. E njëjta gjë ndodh me një rritje të kripësisë dhe presionit të ujit, e cila rritet me rritjen e thellësisë së hapësirës ujore. Një fenomen i tillë si pykat termike mund të ketë një rol të veçantë në shpejtësinë. Këto janë vende ku takohen shtresa uji me temperatura të ndryshme.

Gjithashtu në vende të tilla është e ndryshme (për shkak të ndryshimit në kushtet e temperaturës). Dhe kur valët e zërit kalojnë nëpër shtresa të tilla me densitet të ndryshëm, ato humbasin pjesën më të madhe të forcës së tyre. Përballë një termokline, vala e zërit reflektohet pjesërisht, dhe ndonjëherë plotësisht (shkalla e reflektimit varet nga këndi në të cilin bie zëri), pas së cilës, në anën tjetër të këtij vendi, formohet një zonë hije. Nëse marrim parasysh një shembull kur një burim zëri ndodhet në hapësirën e ujit mbi termoklinën, atëherë do të jetë pothuajse e pamundur të dëgjosh diçka edhe më të ulët.

Të cilat janë publikuar mbi sipërfaqe, nuk dëgjohen kurrë në vetë ujin. Dhe anasjelltas ndodh kur nën shtresën e ujit: nuk tingëllon mbi të. Një shembull i mrekullueshëm i kësaj janë zhytësit modernë. Dëgjimi i tyre ulet shumë për faktin se uji ndikon dhe shpejtësia e lartë e zërit në ujë ul cilësinë e përcaktimit të drejtimit nga i cili lëviz. Kjo dobëson aftësinë stereofonike për të perceptuar tingullin.

Nën një shtresë uji, ato hyjnë në veshin e njeriut më së shumti përmes kockave të kafkës së kokës, dhe jo, si në atmosferë, përmes daulleve të veshit. Rezultati i këtij procesi është perceptimi i tij njëkohësisht nga të dy veshët. Truri i njeriut në këtë moment nuk është në gjendje të dallojë nga ku vijnë sinjalet dhe në çfarë intensiteti. Rezultati është shfaqja e vetëdijes se tingulli, si të thuash, rrokulliset nga të gjitha anët në të njëjtën kohë, megjithëse kjo nuk është aspak kështu.

Përveç sa më sipër, valët e zërit në hapësirën ujore kanë cilësi të tilla si thithja, divergjenca dhe shpërndarja. E para është kur forca e zërit në ujin e kripur zhduket gradualisht për shkak të fërkimit të mjedisit ujor dhe kripërave në të. Divergjenca manifestohet në heqjen e zërit nga burimi i tij. Duket se shpërndahet në hapësirë ​​si drita, dhe si rezultat, intensiteti i saj bie ndjeshëm. Dhe luhatjet zhduken plotësisht për shkak të shpërndarjes në të gjitha llojet e pengesave, johomogjeniteteve të mediumit.

Shpejtësia e përhapjes së zërit

Nëse dridhjet mekanike të grimcave të tij (ngjeshja dhe rrallimi) ngacmohen në ujin e detit, atëherë, për shkak të ndërveprimit midis tyre, këto dridhje do të fillojnë të përhapen në ujë nga grimca në grimcë me një shpejtësi të caktuar. me. Procesi i përhapjes së dridhjeve në hapësirë ​​quhet valë. Grimcat e lëngut në të cilin përhapet vala nuk barten nga vala, ato vetëm lëkunden rreth pozicioneve të tyre të ekuilibrit. Në varësi të drejtimit të lëkundjeve të grimcave në lidhje me drejtimin e përhapjes së valës, ekzistojnë gjatësore dhe valë tërthore. Në ujë, mund të lindin vetëm valë gjatësore, d.m.th., ato valë në të cilat grimcat lëkunden përgjatë drejtimit të përhapjes së valës. Valët gjatësore shoqërohen me deformim vëllimor të një mediumi elastik. Formimi i valëve tërthore (grimcat lëkunden në drejtimin tërthor ndaj përhapjes) nuk ndodh në ujë për shkak të faktit se ato ndodhin vetëm në një mjedis që është në gjendje t'i rezistojë deformimit të prerjes. Uji nuk e ka këtë pronë.

valët e zërit quhen perturbacione të dobëta që përhapen në ujë - lëkundje me amplituda të vogla.

Procesi i përhapjes së valëve të zërit (shpejtësia e zërit), për shkak të frekuencës së lartë të lëkundjeve, është adiabatike, domethënë nuk shoqërohet me shkëmbim nxehtësie. Në këtë drejtim, uji i detit, nga pikëpamja akustike, është i ngjashëm me një gaz ideal. Ndryshe nga ajri, uji i detit thith dobët energjinë e dridhjeve të zërit. Për më tepër, shpejtësia e zërit në ujë është praktikisht e pavarur nga frekuenca e lëkundjes, d.m.th., nuk ka shpërndarje valore.

Siç dihet nga fizika, shpejtësia e përhapjes së zërit në një mjedis elastik të vazhdueshëm përcaktohet nga formula:

ku K \u003d - \u003d p 0 - (f / f) | - moduli adiabatik me shumicë

elasticiteti, po është dendësia e mediumit të patrazuar, kn është koeficienti i kompresueshmërisë adiabatike. Për shkak të faktit se si moduli pjesa më e madhe e elasticitetit K ashtu edhe dendësia e ujit të detit të paprekur po varen nga kripësia, temperatura dhe presioni hidrostatik i tij, shpejtësia e zërit përcaktohet gjithashtu nga këto parametra të gjendjes (Fig. 5.4).

Oriz. 5.4. Varësia e shpejtësisë së zërit të ujit të detit (m s 1) nga kripësia dhe temperatura në presionin atmosferik (a), presioni dhe temperatura në S=35 eps (b). US-80 u përdor në llogaritjet

Presioni, dbar

Le ta transformojmë formulën (5.10) në atë mënyrë që të përfshijë sasi të përshtatshme për llogaritje. Për ta bërë këtë, ne e rishkruajmë derivatin në (5.10) si më poshtë:

Duke e krahasuar këtë shprehje me (5.7), marrim:

ku v - vëllimi specifik, k - koeficienti i lëngëzuar izotermik p

e mundur, y=- - raporti i kapaciteteve specifike të nxehtësisë në

presioni dhe vëllimi konstant, respektivisht.

Ekuacioni (5.11), nëse përdoret ekuacioni i gjendjes US-80, mund të modifikohet:

ku Г është gradienti adiabatik i temperaturës.

Formula (5.12) përdoret për llogaritjen e shpejtësisë së zërit dhe quhet teorike.Është përdorur për të përpiluar tabelat e famshme të shpejtësisë së zërit Matthews, si dhe O.I. Mamaev dhe disa të tjerë.

Së bashku me formulën teorike (5.12), ekzistojnë formula empirike për përcaktimin e shpejtësisë së zërit bazuar në metodat moderne laboratorike për matjen e tij. Më të besueshmet prej tyre mund të konsiderohen formulat e V. Wilson, V. Del Grosso dhe K. Chen-F. Millero.

Më e afërta për sa i përket vlerave të llogaritura të shpejtësisë së zërit me ato teorike që përdorin US-80 është kjo e fundit. Ajo duket si:

40 eps (PShS-78), temperatura - nga 0 në 40 ° C (MShPT-68) dhe presion - nga 0 në 1000 bar. Presioni R hyn (5.14) në bare.

Ndryshimi i temperaturës së ujit të detit jep kontributin më të madh në ndryshimin e shpejtësisë së përhapjes së zërit. Me rritjen e tij, moduli i elasticitetit K rritet dhe densiteti p0 zvogëlohet, gjë që, sipas (5.10), çon në një rritje të shpejtësisë së zërit. Në këtë rast, ndryshimi i shpejtësisë me një ndryshim të temperaturës me 1 ° C zvogëlohet në temperatura të larta në krahasim me ato të ulëta.

Kripësia ka më pak efekt në shpejtësinë e zërit. Vihet re se kripërat e përmbajtura në ujin e detit kanë një efekt të ndryshëm në modulin e elasticitetit të masës, d.m.th., në K dhe, rrjedhimisht, në shpejtësinë e zërit. Me rritjen e kripës, ashtu si temperatura, rritet shpejtësia e zërit. Shpejtësia e zërit gjithashtu rritet me rritjen e presionit.

Oriz. 5.5.

Për oqeanet, ku vërehet një ulje e temperaturës së ujit me thellësi, një rënie në shpejtësinë e zërit është karakteristik. Megjithatë, duke u nisur nga një thellësi e caktuar, rritja e presionit hidrostatik tejkalon rolin e temperaturës së ujit dhe shpejtësia e zërit fillon të rritet. Kështu, një shtresë me shpejtësi minimale të zërit formohet në një horizont të caktuar - kanal zëri nënujor(Fig. 5.5). Në të, për shkak të thyerjes, rrezet e zërit të dërguara horizontalisht përqendrohen në shtresën e shpejtësisë minimale dhe përhapen në distanca shumë të gjata (deri në 15,000-18,000 km).

Vlera mesatare e shpejtësisë së zërit në oqeane është afërsisht 1500 ms. Shpërndarja e shpejtësisë së zërit në oqean është përshkruar më hollësisht në vepër.

Detyrat dhe pyetjet për shqyrtim

• 5.1. Cili është moduli pjesa më e madhe e elasticitetit?
• 5.2. Pse kompresueshmëria adiabatike është më e vogël se izotermike?
• 5.3. Si varet koeficienti i ngjeshshmërisë izotermike nga kripësia, temperatura dhe presioni i ujit të detit?
• 5.4. Gjeni se si ndryshon energjia e brendshme gjatë ngjeshjes adiabatike?

Përgjigje:

Zbatojmë metodën e Jakobianëve - formulat 2.59, 2.60, 2.61, 2.63, 2.67, 2.69, 2.70, 2.71 dhe 2.72. Ne kemi:

Të gjithë parametrat janë pozitivë, prandaj -\u003e 0, d.m.th. kur

dr 1 h

Kompresimi adiabatik rrit energjinë e brendshme. Kjo shpjegohet me faktin se në një entropi konstante (shkëmbimi i nxehtësisë me mjedisi mungon) me një rritje të presionit të jashtëm, distanca mesatare midis molekulave zvogëlohet, energjia mesatare kinetike e tyre rritet dhe, rrjedhimisht, rritet temperatura.

• 5.5. Cilat valë quhen valë zanore?
• 5.6. Çfarë ndikon në shpejtësinë e zërit në ujin e detit?
• 5.7. Për shkak të të cilit në oqean formohet një kanal tingulli nënujor.

Zëri udhëton 4.5 herë më shpejt në ujin e detit sesa në ajër. Shpejtësia e përhapjes së tij varet nga temperatura, kripësia dhe presioni. Me një rritje të ndonjë prej këtyre faktorëve, shpejtësia e zërit rritet.

Si matet shpejtësia e zërit?

Mund të llogaritet duke ditur temperaturën, kripësinë dhe thellësinë - tre karakteristikat kryesore të matura në stacionet oqeanografike. Për shumë vite kjo metodë ishte e vetmja. Vitet e fundit, shpejtësia e zërit në ujin e detit është matur drejtpërdrejt. Matësit e shpejtësisë së zërit punojnë në parimin e matjes së gjatësisë së kohës për të cilën një puls i zërit përshkon një distancë të caktuar.

Sa larg mund të udhëtojë zëri në oqean?

Dridhjet e zërit nga një shpërthim nënujor i prodhuar nga anija kërkimore e Universitetit të Kolumbisë, Vema në vitin 1960, u regjistruan në një distancë prej 12,000 miljesh. Një ngarkesë në thellësi u shpërtheu në një kanal zëri nënujor në brigjet e Australisë dhe pas rreth 144 minutash, valët e zërit arritën në Bermuda, domethënë pothuajse në pikën e kundërt të globit.

Çfarë është një kanal audio?

Kjo është një zonë në të cilën shpejtësia e zërit së pari zvogëlohet me thellësi në një minimum të caktuar, dhe më pas rritet për shkak të një rritje të presionit. Valët zanore të ngacmuara në këtë zonë nuk mund ta largojnë atë, pasi ato kthehen në boshtin e kanalit duke u përkulur. Pasi në një kanal të tillë, tingulli mund të udhëtojë mijëra milje.

Çfarë është SOFAR?

Është një shkurtim fjalët angleze"fiksimi dhe shtrirja e zërit" (zbulimi i burimeve të zërit dhe matja e distancës me to). Sistemi SOFAR përdor një kanal zëri në thellësi 600 - 1200 m. Me anë të pikave nga disa stacione marrëse, është e mundur të përcaktohet vendndodhja e burimit të zërit në këtë kanal me një saktësi prej 1 milje. Gjatë Luftës së Dytë Botërore, me ndihmën e këtij sistemi, u bë e mundur të shpëtoheshin shumë pilotë të rrëzuar mbi det. Avionët e tyre kishin bomba të vogla që shpërthyen nën presion kur arritën në thellësinë e kanalit të zërit.

Çfarë është një sonar?

Sonar punon në të njëjtin parim si radari, por në vend të valëve të radios, ai përdor valë zanore (akustike). Sonar mund të jetë aktiv ose pasiv. Një sistem aktiv lëshon dridhje të zërit dhe merr një sinjal të reflektuar ose jehonë. Për të përcaktuar distancën, duhet të merret gjysma e produktit të shpejtësisë së zërit dhe kohës së kaluar midis emetimit të një impulsi të zërit dhe marrjes së një sinjali të reflektuar. Sistemi pasiv funksionon në modalitetin e dëgjimit dhe mund të përcaktojë vetëm drejtimin në të cilin ndodhet burimi i zërit. Sonar përdoret për zbulimin e nëndetëseve, navigimin, gjetjen e shkopinjve të peshkut dhe për përcaktimin e thellësisë. Në rastin e fundit, sonar është një tingull konvencional i jehonës.

Çfarë është përthyerja dhe reflektimi i valëve të zërit?

Për shkak të ndryshimeve në densitetin e ujit të detit, valët e zërit në oqean nuk përhapen në një vijë të drejtë. Drejtimi i tyre është i përkulur për shkak të një ndryshimi në shpejtësinë e zërit në ujë. Ky fenomen quhet përthyerje. Për më tepër, energjia e tingullit shpërndahet në pezullime dhe organizma detarë, reflektohet nga sipërfaqja dhe fundi dhe shpërndahet mbi to, dhe, së fundi, zbutet kur përhapet nëpër kolonën e ujit.

Çfarë i shkakton tingujt e detit?

Zhurma e detit përfshin tingujt e valëve dhe të sërfit, zhurmën e shkaktuar nga reshjet, aktiviteti sizmik dhe vullkanik dhe së fundi tingujt e bërë nga peshqit dhe organizmat e tjerë detarë. Zhurmat e shkaktuara nga lëvizja e anijes, funksionimi i mekanizmave që nxjerrin mineralet, si dhe zhurmat e krijuara gjatë punimeve oqeanografike nënujore dhe sipërfaqësore që ndodhin jashtë vetë platformave dhe pajisjeve matëse konsiderohen gjithashtu zhurma detare.

Valët, baticat, rrymat

Pse lindin valët?

Ato valë; të cilat jemi mësuar t'i shohim në sipërfaqen e ujit, formohen kryesisht nga veprimi i erës. Megjithatë, valët mund të shkaktohen edhe nga shkaqe të tjera: tërmete nënujore ose shpërthime vullkanike nënujore. Baticat janë gjithashtu valë.

Valët e zërit përhapen në ujin e detit në formën e dridhjeve ose valëve të presionit. Këto janë valë mekanike gjatësore. Në një mjedis elastik, që është uji i detit, ato gjenerojnë ngjeshje periodike dhe rrallim të grimcave, si rezultat i së cilës çdo grimcë lëviz paralelisht me drejtimin e përhapjes së valës. Elasticiteti i mediumit karakterizohet nga rezistenca akustike e valës, e përcaktuar si produkt i densitetit të mediumit dhe shpejtësisë së përhapjes së valëve të zërit. Ky raport bën të mundur vlerësimin e ngurtësisë së mediumit, i cili është 3500 herë më i madh për ujin e detit sesa për ajrin. Prandaj, kërkohet shumë më pak energji për të krijuar të njëjtin presion në ujin e detit si në ajër.

Shpejtësia e përhapjes së valëve gjatësore elastike është shpejtësia e përhapjes së zërit. Në ujin e detit, shpejtësia e zërit varion nga 1450 në 1540 m/s. Me një frekuencë lëkundjeje prej 16 deri në 20,000 Hz, ato perceptohen nga veshi i njeriut. Vibrimet mbi pragun e dëgjimit quhen ultratinguj", Vetitë e ultrazërit janë për shkak të frekuencës së lartë dhe gjatësisë së valës së shkurtër. Vibrimet me frekuencë nën pragun e dëgjimit quhen infratinguj. Valët e zërit në mjedisin detar ngacmohen nga burime natyrore dhe artificiale. Ndër të parët, një rol të rëndësishëm luajnë valët e detit, era, grumbullimet e kafshëve detare dhe lëvizja e tyre, lëvizjet e ujit në zonat e divergjencës dhe konvergjencës, tërmetet etj.. aktivitetet njerëzore.

Valët e zërit në ujin e detit udhëtojnë me shpejtësi të ndryshme. Varet nga shumë faktorë, ndër të cilët më kryesorët janë thellësia (presioni), temperatura, kripësia, struktura e brendshme e kolonës së ujit, shpërndarja e pabarabartë e densitetit, flluskat e gazit, grimcat e varura, grumbullimet e organizmave detarë. Shpejtësia e përhapjes së zërit ndikohet gjithashtu nga ndryshimi i shpejtë i gjendjes së sipërfaqes së detit, relievi dhe përbërjes së poshtme.

Oriz. 72. Ndryshimi i shpejtësisë së zërit në varësi të temperaturës dhe kripës në presion normal atmosferik (a) dhe në presion në 0 °C dhe kripësi

35%o ( b)(nga 127|)

sedimentet e poshtme. Këta faktorë formojnë fusha akustike johomogjene, të cilat krijojnë një drejtim tjetër të përhapjes dhe madhësinë e shpejtësisë së valëve të zërit. Ndikimi më i madh në shpejtësinë e përhapjes së valëve të zërit ushtrohet nga presioni, temperatura dhe kripësia e ujit të detit. Këto karakteristika përcaktojnë koeficientin e kompresueshmërisë dhe luhatjet e tij shkaktojnë një ndryshim në shpejtësinë e përhapjes së zërit. Me rritjen e temperaturës, vëllimi specifik i ujit të detit rritet, dhe koeficienti i ngjeshshmërisë zvogëlohet, dhe kjo çon në një rritje të shpejtësisë së zërit. Në ujërat sipërfaqësore, me një rritje të temperaturës nga O në 5 °, rritja e shpejtësisë së zërit ndryshon me afërsisht 4.1 m / s, nga 5 në 10 ° - me 3.6 m / s, dhe në 30 ° C - vetëm me 2.1 m/s me .

Shpejtësia e zërit rritet me një rritje të njëkohshme të temperaturës, kripësisë dhe thellësisë (presionit). Varësia shprehet me një ndryshim linear në vlerat e këtyre parametrave (Fig. 72). Është vërtetuar se një rritje e kripësisë me 1% s dhe presionit me 100 dbar rrit shpejtësinë e zërit përkatësisht me afërsisht 1,2 dhe 1,6 m/s. Nga Tabela. 30, i cili tregon të dhëna për efektin e temperaturës dhe kripësisë në shpejtësinë e përhapjes së zërit, rrjedh se me një rritje të kripësisë në të njëjtën temperaturë, ndodh një rritje e konsiderueshme e shpejtësisë së zërit. Kjo rritje është veçanërisht e dukshme me një rritje të njëkohshme të temperaturës dhe kripësisë së ujit të detit.

Nëse temperatura e ujit ndryshon pak me thellësinë, siç ndodh në Detin e Kuq dhe Detin Weddell, atëherë shpejtësia e zërit rritet pa një rënie të mprehtë në intervalin nga 700 në 1300 m. Në shumicën dërrmuese të zonave të tjera të Oqeanit Botëror , një rënie e ndjeshme e shpejtësisë së zërit vërehet në këtë interval thellësie (Fig. 73).

Tabela 30

Shpejtësia e përhapjes së zërit në ujin e detit (m/s) në funksion të kripës dhe temperaturës

(versioni i thjeshtuar i Tabelës 1.41 1511)

Gradienti i ndryshimit të shpejtësisë së zërit në kolonën e ujit nuk është i njëjtë në drejtimet horizontale dhe vertikale. Në drejtimin horizontal është rreth një mijë herë më i vogël se ai vertikal. Siç vërehet nga L.M. Brekhovskikh dhe Yu.P. Lysanov, përjashtim bëjnë zonat e konvergjencës së rrymave të ngrohta dhe të ftohta, ku këto gradientë janë të krahasueshëm.

Meqenëse temperatura dhe kripësia nuk varen nga thellësia, gradienti vertikal është një vlerë konstante. Me një shpejtësi zëri prej 1450 m/s, është e barabartë me 0.1110 -4 m~".

Presioni i kolonës së ujit ka një efekt të rëndësishëm në shpejtësinë e përhapjes së zërit. Shpejtësia e zërit rritet me thellësinë. Kjo shihet qartë nga tabela. 31 për korrigjimet e shpejtësisë së zërit për thellësi.

Korrigjimi i shpejtësisë së zërit për thellësinë në shtresën e ujit sipërfaqësor është 0,2 m/s, dhe në një thellësi prej 900 m është 15,1 m/s, d.m.th. rritet me 75 herë. Në shtresat më të thella të kolonës së ujit

korrigjimi për shpejtësinë e zërit bëhet shumë më i vogël dhe vlera e tij zvogëlohet gradualisht me rritjen e thellësisë, megjithëse në terma absolutë është dukshëm

Oriz. 73. Ndryshimi i shpejtësisë së zërit me thellësinë në disa zona të Oqeanit Botëror (nga ) e tejkalon korrigjimin për shpejtësinë e zërit në shtresën sipërfaqësore. Për shembull, në një thellësi prej 5000 m është 443 herë më e madhe se për shtresën sipërfaqësore.

Tabela 31

Korrigjimi i shpejtësisë së zërit (m/s) në thellësi

(versioni i thjeshtuar i Tabelës 1.42 151 ])

Thellësia, m	Thellësia, m