Скорость распространения звука

Морская вода — акустически неоднородная среда. Неоднородность морской воды заключается в изменении плотности с глубиной, присутствии в воде пузырьков газа, взвешенных частиц и планктона. Поэтому распространение акустических колебаний (звука) в морской воде представляет собой сложное явление, зависящее от распределения плотности (температуры, солености, давления), глубины моря, характера грунта, состояния поверхности моря, замутненности воды взвешенными примесями органического и неорганического происхождения и наличия растворенных газов.

Звук в широком смысле — колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или твёрдой средах; в узком смысле — явление, субъективно воспринимаемое специальным органом чувств человека и животных. Человек слышит звук с частотой от 16 Гц до 16-20×103 Гц.

Физическое понятие звук охватывает как слышимые, так и неслышимые звуки. Звук с частотой ниже 16 Гц называется инфразвуком, выше 20 ×103 Гц — ультразвуком; самые высокочастотные акустические колебания в диапазоне от 109 до 1012-1013 Гц относят к гиперзвуку.

Распространение звука в воде представляет собой периодические сжатия и разрежения воды в направлении движения звуковой волны. Скорость передачи колебательного движения от одной частицы воды к другой называется скоростью распространения звука. Теоретическая формула скорости звука для жидкостей игазов имеет вид:

Скорость распространения звука

где α – удельный объем; γ=cp/cv— отношение теплоемкости воды при постоянном давлении cp к теплоемкости воды при постоянном объеме cv, примерно равное единице, k — истинный коэффициент сжимаемости морской воды.

С повышением температуры воды скорость звука растет как за счет увеличения удельного объема, так и за счет уменьшения коэффициента сжимаемости. Поэтому влияние температуры на скорость звука наибольшее по сравнению с другими факторами.

При изменении солености воды также изменяются удельный объем и коэффициент сжимаемости. Но поправки на скорость звука от этих изменений имеют разные знаки. Поэтому влияние изменения солености на скорость звука меньше, чем влияние температуры.

Гидростатическое давление оказывает влияние только на вертикальное изменение скорости звука, с глубиной скорость звука возрастает.

Скорость звука не зависит от силы источника звука.


Добавить комментарий