Звукові хвилі (океан) - біологія

Як жарко занадто жарко для життя глибоко під дном океану?

океан

Антибіотики від бактерій

Міграція клітин: нещодавно виявлена ​​функція відомого білка

Молекулярний компас для вирівнювання клітин

Від чого листя старіє восени

Демократичність грифа-цесарки

Середовище Екембо: Люди також жили на відкритих ландшафтах

| Генетика | Сільське, лісове та тваринництво

Сорт пшениці був створений шляхом схрещування дикорослих трав

Як жарко занадто жарко для життя глибоко під дном океану?

Звукові хвилі (океан)

Звукові хвилі мають значно менші втрати у воді, ніж електромагнітні хвилі (наприклад, світло), які сильніше поглинаються у воді. Ось чому Звукові хвилі має велике значення в океані для зв'язку та вимірювання фізичних, хімічних та біологічних величин. На відміну від них, вони не важливі для динамічних процесів. Що стосується їх технічного застосування, див. Wasserschall.

Звукові хвилі в океані

Звукові хвилі - це хвилі тиску, які поширюються поздовжньо, тобто H. молекули вібрують у тому ж напрямку, що й відхилявся. Тож вам потрібна середовище, в якому можна поширювати. Як і у випадку з іншими хвилями, застосовується наступне:

c = Швидкість звуку, f = Частота, $ \ lambda $ = довжина хвилі.

Зустрічаються частоти в діапазоні від 1 Гц до декількох МГц.

Швидкість звуку

В океані звук набагато швидший приблизно на рівні 1500 м/с, ніж у повітрі, де в звичайних умовах він рухається приблизно на рівні 340 м/с. Швидкість звуку в океані залежить від солоності, температури та тиску води. Оскільки тиск майже лінійний із глибиною, це часто використовується для розрахунку швидкості звуку. Швидкість звуку неможливо точно розрахувати, але є деякі емпірично визначені формули, за допомогою яких його можна порівняно відносно добре. Усі ці формули досить схожі, одна з яких:

$ c = (1449 + 46 \ T - 005 \ T ^ 2 + 14 (S - 35) + 0017 \ D) \ mathrm> $,

де $ T $ - температура в ° C, $ S $ - солоність в psu і $ D $ - глибина в метрах.

Про залежність швидкості звуку можна сказати:

  • У верхньому шарі температура є визначальною, оскільки ця змінна змінюється найбільше.
  • Зміна температури дуже мала під шаром стрибка температури, тут глибина є визначальним параметром.
  • Солоність навряд чи впливає на швидкість звуку, оскільки вона має величину близько 3,5% у більшості місць в океані, і тому пов'язаний з цим термін дуже малий. Ним часто можна знехтувати.

Звукові промені

Через вищезазначені залежності часто існує мінімальна швидкість звуку на глибині близько 1000 м, так званий канал SOFAR, в якому звукові хвилі поширюються особливо далеко.

Океан можна уявити як серію безлічі тонких шарів різної щільності. Застосовується таке: $ c \ cdot n = \ text $ (with c: Швидкість звуку в одну зміну, : Показник заломлення шару) d. тобто кожен шар має різний показник заломлення. Чим більша швидкість звуку, тим нижчий показник заломлення. Оскільки швидкість звуку в каналі SOFAR найнижча, показник заломлення тут найвищий. Згідно із законом заломлення Снелліуса, звукові промені завжди заломлюються в бік більшого показника заломлення, тобто в канал SOFAR. Як тільки промені потрапляють в канал, вони залишаються там, навіть якщо кут випромінювання був не надто великий. З іншого боку, заломлення звукових променів подекуди створює так звані «тіньові зони», в які не може проникнути жоден звук, що випромінюється з певних точок. Вони використовуються підводними човнами, щоб сховатися від інших підводних човнів.

Дисперсійне відношення для звукових хвиль в океані

Дисперсійне відношення (залежність від хвильового числа частоти) чітко визначає хвилю. Це є:

С $ \ omega $: Частота, c: Швидкість звуку, k: Номер хвилі, H: Глибина води, : Кількість режимів ( є натуральним числом)

Через граничні умови для звукових хвиль на межі розділу (морське дно і поверхня) для хвиль виникають лише дискретні режими.

застосування

Звук використовується в океані для цілого ряду різних цілей. Мова китів і дельфінів, безумовно, найбільш відома. За мільйони років до людей вони вже використовували той факт, що вода несе звук, особливо низькі частоти, дуже далеко. Тому ви можете чути китові пісні під водою, навіть коли кити знаходяться за милі від них. Кити використовують звук так само, як кажани в повітрі. Вони видають багато високочастотних звуків. Вони відображаються на можливих джерелах їжі або ворогах. З урахуванням сили зворотного розсіювання та часу, поки не відбудеться зворотне розсіювання, ви зможете зробити висновки про розмір та відстань розташованих об’єктів (ехолокація). Люди використовують звук для тих же цілей. Зокрема, у військовому секторі важливо швидко помітити ворожі кораблі та, насамперед, підводні човни, або уникати того, щоб вороги самі не були виявлені. Крім того, звук широко використовується в дослідженнях, особливо в наступних областях:

  • ехолот
  • ADCP (акустичний доплерівський струмовий профіль): Використовується акустичний доплерівський ефект для визначення руху води.
  • Акустична томографія використовується для визначення середньої температури та витрати між двома точками.
  • Ехолот бічного сканування використовується для картографування дна океану