Звук у води

Из Википедије, слободне енциклопедије
Лонгитудинални талас је талас при чијем простирању честице осцилују у правцу простирања таласа. Може се кретати само кроз супстанцијалне средине, које поседују еластичност, као што су вода и ваздух.

Звук у води, звук под водом, по свом понашању разликује се од његовог понашања при простирању кроз ваздух и слично је појавама које се јављају код светлости у води, у океану, реци, језеру или резервоару (базену). Звук као и светлост је таласно кретање, само што светлост представља простирање електромагнетских таласа који могу да се шире и кроз вакуум, док се звучни таласи преносе посредством молекула средине кроз коју се звук шири.[1]

Проучавањем начина и граница простирања звука у води и његову интеракцију са механичких таласима коју чини звук са водом, бави се подводна акустика (хидроакустика). Типичне фреквенције звука које се одређују у подводној акустици су између 10 Hz и 1 МHz. Простирање звука у океану, на фреквенцијама нижим од 10 Hz обично није могућа без продора звука дубоко до морског дна, док се фреквенције изнад 1 МHz ретко може одредити, јер се ове фреквенције у води веома брзо апсорбују.

Извори звука[уреди]

Излазни компјутерски модел подводног акустичног ширења у поједностављеном окружењу океана.

Звук је механичка осцилација честица неког еластичног медијума које са кроз њега најчешће простиру као талас и које (углавном) човек чује. Извор звука је тело чија површина, или оно, у целини осцилује. Осцилације звучног извора преносе се на молекуле средине у којој се извор налази, те они почињу такође да осцилују. Молекули који осцилују, делују међумолекулским силама на суседне молекуле и они такође почињу да осцилују, те се тако звук шири у виду таласа. Осциловање молекула средине кроз коју се звук шири изазива осциловање пријемника било да је то бубна опна ува или неки електронски уређај нпр мембрана микрофона.

Човеков орган слуха (уво) може да региструје осцилације у фреквенцијском опсегу од 16 Hz до 20 kHz ако оне имају довољну јачину. Звук се простире кроз медијуме као што су вода, ваздух, чврста материја. Звук не може да се простире у безвадушном простору. Под звуком се подразумевају и осцилације изван напред наведеног фреквенцијског опсега које сеназивају: инфразвук испод 16 Hz и ултразвук изнад 20 kHz.

Брзина простирања звука кроз неку средину зависи од карактеристика те средине или флуида и може се израчунати по релацији:

c = \sqrt{\frac{p_a \chi}{\rho}}

где је:

Јачина звука зависи од амплитуде осцилација, висину звука одређује фреквенција осцилација, боја звука је одређена садржајем компоненти.

Карактеристике звука у води[уреди]

Звук се боље простире у гушћим срединама зато што је у њима међумолекулско растојање мање, па су силе којима молекули узајамно делују веће. Зато звук не може да се простире кроз вакуум – јер је то празан безмолекуларни простор.

Температура средине кроз коју се простире звук утиче на његову брзину простирања. На температури од 0°C брзина звука кроз ваздух је 331 m/sec а на собној температури, (20°C), 343 m/sec.

Вода је одличан проводник звука. Брзина простирања звука кроз воду је око 1.500 m/sec. [a] То је око четири пута већа брзина од брзине простирања звука кроз ваздух.[2]

Температурне разлике појединих слојева воде (термоклима) могу да изазову рефракцију (савијање) звучних импулса што може бродским сонарима да отежа откривање подморница или других објеката под водом и ограничи или онемогући употребу подводних телефона.

Брзина простирања звука у различитим срединама[3][4].
Материјал v [m/s] [dB]
Гума
50
Ваздух
344
Вода
1480
Слана вода (21оC, салинитет 3,5 %)
1520
Плексиглас
1800
Дрво (меко)
3350
Дрво (јела)
3800
Армирани бетон
3400
Челик
5050
Алуминијум
5150
Стакло
5200
Гипсана плоча
6800

Звук у води и роњење[уреди]

Под водом не може да се разговара на начин како се то чини у ваздуху што ограничава комуникацију између рониоца или са рониоцима, јер је човеков орган говора, кроз његов еволутивни развој, прилагођен за ваздушну средину, а јачина звука опада при преласку из воде у ваздух и из ваздуха у воду. Два рониоца у опреми за роњење могу међусобно да разговарају ако им се шлемови додирују (метал лако преноси звук) али већ на растојању од неколико сантиметара звучна комуникација између њих није могућа.

Због велике брзине простирања звука у води човек не може да запази временску разлику између тренутка доласка звука у једно и друго уво и он најчешће има осећај да је звук јачи и ближи. Због тога ронилац губи способност да одреди правац и смер извора звука. За рониоца или пливача губитак ове способности може да има озбиљне последице уколико су извори звука за њих опсани објекти (моторни чамац, брод итд). Такође како је интензитет буке под водом већи, да ронилац не би угрозио здравље он мора да има податке о јаким изворима буке у води.[5]

Снажне звучне експлозије под водом прати снажан звучни талас високе енергије (који се понаша као снажан притисак или удар) који може деловати на ронилаца и довести до повреда, тзв ронилачка баротраума шупљих органа (ува - аероотитис, синуса - аеросинуситис, плућа - пнеумоторакс, баротраумашупљих органа трбуха итд).[5]

Звук у води и животиње[уреди]

За разлику од човека неке животиње као што су фоке и китови користе особину бољег простирања звука кроз воду за оријентацију и комуникацију са другим животињама, а звук им користи и да пронађу храну и избегну бројне препреке у води.[2] Испуштајући кликтаве звукове високе фреквенције, претпоставља се да оне имају систем за ултразвучно оријентисање у води. Такође унутрашње уво фока повезано је само са једном кости лобање, што онемогућује пренос звучних таласа кроз целу лобању. На тај начин оне добро одређују смер из ког долази звук за разлику од човека. Фоке такође поседују и орган који производи звукове које се чују под водом.

Историјат[уреди]

Истражујући звучне појаве у води, кроз историју, човек ове појаве и њихове особине све више примјењује у разне сврхе. Ескими, и други ловци на фоке, слушају њихове звукове које они производе под водом, тако што поставе метални предмет неколико сантиметара испод воде, па ову особину звука у води, човек од давнина користи у лову. Крајем 19. века први пут је установљено да се звук у води простире на велике удаљености па су почела и интензивнија испитивања његових хидроакустичких особина. У ратним морнарицама се ово убрзо почело користити за подводне везе, навигацију и извиђање. Из овог открића произашао сонар и други уређаји. [6]

Напомене[уреди]

  1. ^ У свежој води на температури од 20°C, звучни таласи путују брзином од 1.482 m/sec. На истој температури брзина звука кроз ваздух је 343 m/sec, а брзина простирања звука кроз челик 5.960 m/sec

Извори[уреди]

  1. ^ Urick, Robert J. Principles of Underwater Sound, 3rd Edition. New York. McGraw-Hill, 1983.
  2. ^ а б ((en))The Soundry: The Physics of SoundПосећено; мај 2010.
  3. ^ Howard W. Самс & Company – „Handbook for Sound Енинеерс“
  4. ^ Wolfgang Фасолд – „Бау- унд Раумакустик“
  5. ^ а б Miodrag Živković:Priručnik iz podvodne medicine. Beograd, 1994.
  6. ^ Dekleva N Uvod u hiperbaričnu medicinu, Beograd, Nučna Knjiga 1989.