Ses hızını hesaplamak için formüller. Hız hakkında daha fazla bilgi

SES HIZI- elastik bir dalganın ortamdaki yayılma hızı. Ortamın esnekliği ve yoğunluğu ile belirlenir. Hızla şekil değiştirmeden koşmak için İle eksen yönünde X, ses basıncı Rşeklinde temsil edilebilir p = p(x - - ct), Nerede T- zaman. Düzlem uyumu için, dağılımsız ve SZ'li bir ortamda dalgalar. frekans w cinsinden ifade edilir ve k Floy c = w/k. Hız ile İle harmonik faz yayılır. dalgalar yani İle isminde ayrıca faz S. z. Yayılma sırasında rastgele bir dalganın şeklinin değiştiği ortamlarda harmonik. dalgalar yine de şekillerini korurlar, ancak faz hızının farklı frekanslar için farklı olduğu ortaya çıkar; ses dağılımı.Bu durumlarda kavram da kullanılır grup hızı. Büyük genliklerde doğrusal olmayan etkiler ortaya çıkar (bkz. Doğrusal olmayan akustik), harmonik olanlar da dahil olmak üzere herhangi bir dalgada bir değişikliğe yol açar: dalga profilinin her noktasının yayılma hızı, bu noktadaki basınca bağlıdır, artan basınçla artar, bu da dalga şeklinin bozulmasına yol açar.

Gazlarda ve sıvılarda ses hızı. Gazlarda ve sıvılarda ses, hacimsel sıkıştırma-boşalma dalgaları şeklinde yayılır. Yayılma süreci adyabatik olarak meydana gelirse (ki bu kural olarak durumdur), yani ses dalgasındaki sıcaklıktaki değişimin daha sonra bile dengelenmesi için zaman yoktur. 1 / 2 , ısıtılan (sıkıştırılmış) alanlardan gelen ısının soğuk (seyreltilmiş) alanlara geçecek zamanı olmadığında, daha sonra S. z. eşit , Nerede R maddedeki basınç, yoğunluğu ve indeksidir S türevin sabit entropide alındığını gösterir. Bu S.z. isminde adyabatik. S. z için ifade. aşağıdaki formlardan birinde de yazılabilir:

Nerede İLE cehennem - adyabatik. maddenin çok yönlü sıkıştırılma modülü, - adyabatik. sıkıştırılabilirlik, - izotermal sıkıştırılabilirlik, = - sabit basınç ve hacimde ısı kapasitelerinin oranı.

Sınırlı katılarda boyuna ve enine dalgalara ek olarak başka dalga türleri de vardır. Böylece katı bir cismin serbest yüzeyi boyunca veya başka bir ortamla olan sınırı boyunca yayılırlar. yüzey akustik dalgaları hızı, belirli bir malzemenin vücut dalgalarının karakteristiğinin hızından daha az olan. Plakalar, çubuklar ve diğer katı akustik malzemeler için. dalga kılavuzları karakteristiktir normal dalgalar Hızı yalnızca maddenin özelliklerine göre değil aynı zamanda vücudun geometrisine göre de belirlenir. Yani örneğin S.z. enine boyutları sesin dalga boyundan çok daha küçük olan, S. z'den farklı olan st'li bir çubuktaki uzunlamasına bir dalga için. sınırsız bir ortamda ben ile(Tablo 3):

S.z.'yi ölçme yöntemleri. rezonans, interferometrik, darbeli ve optik olarak ayrılabilir (bkz. Işığın ultrasonla kırınımı). Naib. Ölçüm doğruluğu darbe fazı yöntemleri kullanılarak elde edilir. Optik yöntemler S.z'yi ölçmeyi mümkün kılar. hipersonik frekanslarda (10 11 -10 12 Hz'ye kadar). Doğruluk abs. ölçümler S.z. en iyi ekipmanla yakl. %10 -3, doğruluk görecelidir. % 10 -5 düzeyindeki ölçümler (örneğin, bağımlılığı incelerken) İle sıcaklık veya manyetik alanlar veya yabancı maddelerin veya kusurların konsantrasyonu).

S.z'nin ölçümleri. Çoğulları tanımlamak için kullanılır. gazlar için ısı kapasitelerinin oranı, gazların ve sıvıların sıkıştırılabilirliği, katıların elastik modülleri, Debye sıcaklığı vb. gibi maddenin özellikleri (bkz. Moleküler akustik). S. z'deki küçük değişikliklerin belirlenmesi. hassastır. Gaz ve sıvılardaki yabancı maddeleri sabitleme yöntemi. Katılarda S.z'nin ölçümü. ve farklı bağımlılıklara bağlı faktörler (sıcaklık, manyetik alan vb.) maddenin yapısını incelemenizi sağlar: yarı iletkenlerin bant yapısı, metallerdeki Fermi yüzeyinin yapısı vb.

Yandı: Landau L.D., L i f sh i c E.M., Theory of Elasticity, 4. baskı, M., 1987; onları, Hydrodynamics, 4. baskı, M., 1988; Bergman L. ve bunun bilim ve teknolojideki uygulaması, çev. Almanca'dan, 2. baskı, M., 1957; Mikhailov I.G., Solovyov V.A., Syrnikov Yu., Moleküler akustiğin temelleri, M., 1964; Deniz suyunda ses hızının hesaplanmasına yönelik tablolar, L., 1965; Fiziksel akustik, ed. W. Mason, çev. İngilizceden, cilt 1, bölüm A, M., 1966, bölüm. 4; t.4, bölüm B, M., 1970, bölüm. 7; Kolesnikov A.E., Ultrasonik ölçümler, 2. baskı, M., 1982; T r u e l R., Elba um Ch., Chik B., Katı hal fiziğinde ultrasonik yöntemler, çev. İngilizce'den, M., 1972; Akustik kristaller, ed. M.P. Shaskolskoy, M., 1982; Krasilnikov V.A., Krylov V.V., Fiziksel akustiğe giriş, M., 1984. A. L. Polyakova.

İşin amacı: Sesin havadaki durağan dalga boyu ve hızının belirlenmesi.

Cihazlar ve aksesuarlar: telefon ve mikrofonlu rezonatör, ses üreteci, osiloskop, ölçüm cetveli.

Teorik giriş

Ses, gazlarda, sıvılarda ve katılarda yayılan, insanların ve hayvanların kulağı tarafından algılanan elastik dalgalardır. İnsan kulağı 16 Hz ile 20 kHz arasındaki frekanslardaki sesleri algılayabilmektedir. Frekansı 16 Hz'in altında olan seslere infrasound, 20 kHz'in üzerindeki seslere ise ultrason denir. Ses bilimine akustik denir.

Bir salınım kaynağı elastik bir ortama yerleştirilirse, onunla temas halindeki parçacıklar denge konumundan çıkarılacak ve salınmaya başlayacaktır. Bu parçacıkların titreşimleri elastik kuvvetler tarafından ortamın komşu parçacıklarına ve onlardan titreşim kaynağından daha uzaktaki diğerlerine iletilir. Bir süre sonra salınım süreci tüm ortamı kapsayacaktır. Elastik bir ortamda titreşimlerin yayılmasına dalga denir veya bir dalga süreci.

Boyuna dalgalar (parçacıklar dalga yayılma yönü boyunca salınır) ve enine dalgalar (parçacıklar bu yöne dik olarak salınır) vardır. Boyuna dalgalar, alternatif yoğunlaşma ve seyrelmelerdir. Bu tür dalgalar, basınç ve çekme deformasyonları sırasında elastik kuvvetlerin ortaya çıktığı, ancak kayma geriliminin olmadığı ortamlarda (yani katılarda, sıvılarda ve gazlarda) yayılır. Boyuna dalgalara örnek olarak ses dalgaları verilebilir. Enine dalgalar, elastik kuvvetlerin kayma deformasyonu tarafından oluşturulduğu ortamlarda (yani katılarda veya sıvı-gaz ​​arayüzündeki dalgalar gibi bazı özel durumlarda) yayılır. Boyuna ve enine dalgaların yayılma hızı ortamın elastik özelliklerine bağlıdır. Yani, 20 ºС'de sesin hızı havada 343 m/s, suda - 1480 m/s, çelikte - yaklaşık 6000 m/s'dir.

Gazlardaki sesin hızı teorik olarak aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

burada  adyabatik indekstir (sabit basınçtaki ısı kapasitesinin sabit hacimdeki ısı kapasitesine oranı), R– molar gaz sabiti, T– termodinamik sıcaklık, M– gazın molar kütlesi. Böylece gazlardaki ses hızının, moleküllerin ortalama termal hareket hızıyla aynı düzende olduğu ortaya çıkar.

Bir koordinat boyunca yayılan ilerleyen dalganın denklemi X, şu forma sahiptir:

 = Açünkü( T – kx), (2)

burada  ortam parçacıklarının denge konumundan yer değiştirmesidir; A– dalga genliği;  – döngüsel salınım frekansı; T- zaman; k– dalga numarası,
( – dalga boyu).

Duran dalga, aynı genlik ve frekansa sahip iki karşıt ilerleyen dalga (örneğin doğrudan ve yansıyan) üst üste bindirildiğinde ortaya çıkan bir ortamın özel bir salınım durumudur. Duran dalga, dalga girişiminin özel bir durumudur.

Aynı genlik ve frekansa sahip iki karşıt yayılan dalganın toplandığını düşünelim. Doğrudan bir dalga denklemle tanımlanır

 1 = Açünkü( T – kx), (3)

yansıyan dalganın denkleminde koordinat X işareti tersine çevirir:

 2 = Açünkü( T + kx). (4)

Denklemleri (3) ve (4) ekleyelim:

 =  1 +  2 = Açünkü( T – kx) + Açünkü( T + kx)

ve iki açının kosinüslerinin toplamına ilişkin formülü kullanarak duran dalga denklemini elde ederiz:

 = 2 Açünkü Xçünkü T. (5)

cos'den önceki ifade T, duran dalganın genliğini temsil eder:

A Sanat. V. =  2 Açünkü X . (6)

Duran dalgadaki orta parçacıkların salınımlarının genliği parçacıkların koordinatlarına bağlıdır X ve bu nedenle noktadan noktaya farklılık gösterir. Duran dalganın genliği maksimumdur (bu tür geometrik yerlere antinodlar denir).

çünkü X=  1,

X =   N, (7)

Antinotların koordinatları nerede?

X pn =  . (8)

Duran bir dalganın genliği, şu koşul altında sıfır değer alır (bu tür noktalara düğüm denir)

çünkü X = 0,

X=  (2 N + 1), (9)

Düğümlerin koordinatları nereden?

X düğüm = 
. (10)

Formüllerde (7) – (10) N= 0, 1, 2, 3… . Bitişik düğümler veya bitişik antinodlar arasındaki mesafe /2'dir ve bitişik düğümler ve antinodlar /4 kadar kaydırılır. Düğümlerde bulunan noktalar salınım yapmaz.

İki bitişik düğüm veya antinod arasındaki mesafeye duran dalga boyu denir. Bu nedenle duran dalganın uzunluğu ilerleyen dalganın uzunluğunun yarısına eşittir:

 st = . (11)

Duran dalganın grafiğini oluşturalım. Denklem (5)'i kullanarak zamanın sabit anları için yer değiştirmeleri  hesaplarız T = 0, T/8, T/4, 3T/8, T/2. Ortaya çıkan denklemlerin her birinde  = F(X) koordinatları değiştirin X= 0, /4, /2, 3/4, , 5/4… . Hesaplama sonuçları aşağıda verilmiştir.

Ortaya çıkan bağımlılıklar  = F(X) Şekil 2'de gösterilmektedir. 1 ve duran bir dalganın bir tür “anlık fotoğraflarını” temsil ediyor.

Duran bir dalga aşağıdaki özelliklere sahiptir:

parçacık titreşimlerinin genliği ortamın farklı yerlerinde farklıdır;

ortamın bir düğümden diğerine bir bölümünde tüm parçacıklar bir fazda salınır; bir düğümden geçerken salınım fazı tersine değişir;

Yürüyen dalganın aksine enerji aktarmaz.

Gözlemci, bir saat kullanarak, flaşın ortaya çıkışı ile sesin duyulduğu an arasında geçen süreyi kaydetti. Işığın bu mesafeyi kat etmesi için geçen süre ihmal edildi. Rüzgârın etkisini olabildiğince ortadan kaldırmak için her iki tarafta birer top ve birer gözlemci bulunuyordu ve her top yaklaşık olarak aynı anda ateşleniyordu.

İki zaman ölçümünün ortalama değeri alındı ​​ve buna dayanıldı. Yaklaşık olarak 340 ms -1'e eşit olduğu ortaya çıktı. Bu ölçüm yönteminin en büyük dezavantajı silahın her zaman elinizin altında olmamasıydı!

Sınava giren birçok kişi benzer bir yöntemi tanımlamaktadır. Bir öğrenci futbol sahasının bir tarafında başlangıç ​​tabancasıyla, diğeri ise diğer tarafında kronometreyle duruyor. Aralarındaki mesafe bir mezura ile dikkatlice ölçülür. Öğrenci namludan duman çıktığını görünce kronometreyi çalıştırıyor, sesi duyduğunda ise durduruyor. Rüzgârın etkilerini telafi etmek için yer değiştirdikleri zaman da aynı şey yapılır. Daha sonra ortalama süre belirlenir.

Ses 340 ms -1 hızla ilerlediği için kronometre muhtemelen yeterince doğru sonuç vermeyecektir. Santisaniye veya milisaniye cinsinden işlem yapılması tercih edilir.

Eko kullanarak sesin hızını ölçme

Alkış gibi kısa ve keskin bir ses üretildiğinde, dalga darbesi duvar gibi büyük bir engel tarafından yansıtılabilir ve bir gözlemci tarafından duyulabilir. Bu yansıyan darbeye yankı denir. Bir kişinin duvardan 50 m uzakta durduğunu ve el çırptığını düşünelim. Yankı duyulduğunda ses 100 m yol kat etmiştir. Bu aralığın kronometre ile ölçülmesi çok doğru olmayacaktır. Bununla birlikte, eğer ikinci bir kişi kronometreyi tutarsa ​​ve birinci kişi alkışlarsa, o zaman çok sayıda yankı sesinin süresi makul bir doğrulukla elde edilebilir.

Alkışlayan kişinin duvarın önünde olduğu mesafenin 50 m olduğunu ve ilk alkış ile yüz birinci alkış arasındaki zaman aralığının 30 saniye olduğunu varsayalım, o zaman:

ses hızı= katedilen mesafe / bir el çırpma süresi = 100m: 30 / 100 s = 333 ms -1

Osiloskop kullanarak ses hızının ölçülmesi

Sesin hızını doğrudan ölçmenin daha karmaşık bir yolu osiloskop kullanmaktır. Hoparlör düzenli aralıklarla darbeler yayar ve bunlar bir katot ışınlı osiloskop tarafından kaydedilir (şekle bakın). Mikrofon tarafından bir darbe alındığında, osiloskop tarafından da kaydedilecektir. Osiloskobun zamanlama karakteristikleri biliniyorsa iki darbe arasındaki zaman aralığı bulunabilir.

Hoparlör ile mikrofon arasındaki mesafe ölçülür. Sesin hızı aşağıdaki formül kullanılarak bulunabilir hız = yol / zaman.

Çeşitli ortamlarda ses hızı

Sesin hızı katılarda sıvılara göre, sıvılarda ise gazlara göre daha yüksektir. Cenevre Gölü üzerinde yapılan geçmiş deneyler, sesin sudaki hızının havadakinden önemli ölçüde daha yüksek olduğunu göstermiştir. Tatlı suda ses hızı 1410 ms -1, deniz suyunda - 1540 ms -1'dir. Demirde ses hızı yaklaşık 5000 ms -1'dir.

Ses sinyalleri göndererek ve yansıyan sinyalin (yankı) gelmesinden önceki zaman aralığını not ederek denizin derinliğini ve balık sürülerinin konumunu belirlemek mümkündür. Savaş sırasında mayınları tespit etmek için yüksek frekanslı sirenler kullanıldı. Uçan yarasalar engelleri tespit etmek için özel bir yankı biçimi kullanır. Yarasa, yolundaki bir nesneden seken yüksek frekanslı bir ses yayar. Fare yankıyı duyar, nesnenin yerini tespit eder ve ondan kaçınır.

Sesin havadaki hızı atmosferik koşullara bağlıdır. Sesin hızı, basıncın karekökünün yoğunluğa bölünmesiyle orantılıdır. Basınçtaki değişiklikler havadaki ses hızını etkilemez. Bunun nedeni, basınçtaki bir artışın yoğunlukta da buna karşılık gelen bir artışı gerektirmesi ve basıncın yoğunluğa oranının sabit kalmasıdır.

Sesin havadaki hızı (herhangi bir gazda olduğu gibi) sıcaklık değişimlerinden etkilenir. Gazlara ilişkin yasalar, basıncın yoğunluğa oranının ile orantılı olduğunu gösterir. Dolayısıyla sesin hızı √T ile orantılıdır. Yüksek irtifalarda sıcaklık daha düşük olduğundan ses bariyerini aşmak daha kolaydır.

Sesin hızı nemdeki değişikliklerden etkilenir. Aynı basınçta su buharının yoğunluğu kuru havanın yoğunluğundan azdır. Geceleri nem arttığında ses daha hızlı yayılır. Sessiz ve sisli bir gecede sesler daha net duyulur.

Bunun nedeni kısmen artan nemden, kısmen de bu koşullarda genellikle seslerin dağılmayacak şekilde kırıldığı bir sıcaklık değişiminin olmasından kaynaklanmaktadır.

Ses, insan kulağının işitilebilirlik aralığında, 16 ila 16 arasındaki salınım aralığında yer alan elastik dalgalar olarak anlaşılmaktadır. Hz. 20'ye kadar kHz. Frekansı 16'nın altında olan salınımlar Hz. infrasound denir, 20'nin üzerinde kHz-ultrason.

Hava ile karşılaştırıldığında suyun yoğunluğu daha fazla ve sıkıştırılabilirliği daha azdır. Bu bakımdan sesin sudaki hızı havadakinden dört buçuk kat daha fazla olup 1440 m/sn. Ses titreşim frekansı (çıplak) dalga boyu (lambda) ile aşağıdaki ilişkiyle ilişkilidir: C= lambda-nu. Ses suda dağılmadan yayılır. Sesin sudaki hızı iki parametreye bağlı olarak değişir: yoğunluk ve sıcaklık. Sıcaklıkta 1°'lik bir değişiklik, ses hızında da 3,58 oranında bir değişiklik anlamına gelir M saniyede. Sesin yüzeyden tabana yayılma hızını izlerseniz, önce sıcaklıktaki düşüşe bağlı olarak hızla azaldığı, belirli bir derinlikte minimuma ulaştığı ve ardından derinlikle birlikte hızla artmaya başladığı ortaya çıkıyor. Bilindiği gibi yaklaşık 1 oranında artan su basıncındaki artış nedeniyle ATM her 10 için M derinlikler.

Yaklaşık 1200 derinlikten M, Su sıcaklığının hemen hemen sabit kaldığı yerlerde, basınçtaki değişikliklere bağlı olarak sesin hızı da değişir. "Yaklaşık 1200 derinlikte M (Atlantik için), ses hızının bir minimum değeri vardır; Daha derinlerde basınç artışı nedeniyle ses hızı tekrar artar. Ses ışınları her zaman ortamın hızının en düşük olduğu bölgelere doğru eğildiğinden ses hızının en düşük olduğu katmanda yoğunlaşır” (Krasilnikov, 1954). Sovyet fizikçileri L.D. Rosenberg ve L.M. tarafından keşfedilen bu katman. Brekhovskikh, “su altı ses kanalı” olarak adlandırılıyor. Ses kanalına giren ses, zayıflamadan çok uzak mesafelere gidebilir. Derin deniz balıklarının akustik sinyalleri dikkate alınırken bu özellik akılda tutulmalıdır.

Sudaki ses emilimi havaya göre 1000 kat daha azdır. Havada 100 gücünde bir ses kaynağı kW suda 15 metreye kadar mesafeden duyulabilir kilometre; suda sesin kaynağı 1'dir kW 30-40 mesafeden duyulabilir km. Farklı frekanslardaki sesler farklı şekilde emilir: Yüksek frekanslı sesler en güçlü şekilde emilir ve düşük frekanslı sesler en hızlı şekilde emilir. Sudaki düşük ses emilimi, sonar ve sinyalizasyon için kullanılmasını mümkün kıldı. Su boşlukları çok sayıda farklı sesle doludur. Amerikalı hidroakustikçi Wenz'in (Wenz, 1962) gösterdiği gibi, Dünya Okyanusu rezervuarlarının sesleri aşağıdaki faktörlerle bağlantılı olarak ortaya çıkar: gel-gitler, akıntılar, rüzgar, depremler ve tsunamiler, insanın endüstriyel faaliyeti ve biyolojik yaşam. Çeşitli faktörlerin yarattığı gürültünün doğası, hem ses frekansları kümesinde hem de yoğunluklarında farklılık gösterir. Şek. Şekil 2, Dünya Okyanusunun seslerinin spektrumunun ve basınç seviyesinin bunlara neden olan faktörlere bağımlılığını göstermektedir.

Dünya Okyanusunun farklı yerlerinde gürültünün bileşimi farklı bileşenler tarafından belirlenir. Dip ve kıyıların seslerin bileşimi üzerinde büyük etkisi vardır.

Bu nedenle, Dünya Okyanusunun farklı yerlerindeki gürültünün bileşimi ve yoğunluğu son derece çeşitlidir. Deniz gürültüsünün yoğunluğunun bunlara neden olan faktörlerin yoğunluğuna bağımlılığını gösteren ampirik formüller vardır. Ancak pratik amaçlar için okyanus gürültüsü genellikle ampirik olarak ölçülür.

Dünya Okyanusunun sesleri arasında en yoğun olanı insan tarafından yaratılan endüstriyel seslerdir: gemilerin, trollerin vb. gürültüsü. Shane'e (1964) göre bunların yoğunluğu diğerlerinden 10-100 kat daha fazladır. Dünya Okyanusunun sesleri. Ancak Şekil 2'den de görülebileceği gibi. Şekil 2'de görüldüğü gibi, bunların spektral bileşimi, diğer faktörlerin neden olduğu seslerin spektral bileşiminden biraz farklıdır.

Suda yayılırken ses dalgaları yansıtılabilir, kırılabilir, emilebilir, kırınıma ve girişime maruz kalabilir.

Yolda bir engelle karşılaşıldığında, dalga boyları eşitse ses dalgaları bu engelden yansıyabilir. (lambda) engelin boyutundan daha küçük olmalıdır veya dalga boylarının engelden büyük olması durumunda etrafından dolaşması (kırılması) gerekir. Bu durumda kaynağı doğrudan görmeden engelin arkasında neler olduğunu duyabilirsiniz. Bir engelin üzerine düştüğünde, ses dalgaları bir durumda yansıtılabilir, diğerinde ise içine nüfuz edebilir (onun tarafından emilir). Yansıyan dalganın enerjisi miktarı, ses dalgalarının düştüğü arayüzdeki “р1с1” ve “р2с2” ortamının sözde akustik dirençlerinin birbirinden ne kadar farklı olduğuna bağlıdır. Bir ortamın akustik direnci, belirli bir ortamın p yoğunluğu ile ses yayılma hızının çarpımı anlamına gelir. İle içinde. Medyanın akustik direncindeki fark ne kadar büyük olursa, iki medya arasındaki arayüzden yansıtılan enerji de o kadar büyük olur ve bunun tersi de geçerlidir. Örneğin sesin havadan düşmesi durumunda, rs bunlardan 41'i suya, rs 150.000 ise aşağıdaki formüle göre yansıtılır:

Bununla bağlantılı olarak ses, katı bir cisme sudan havadan çok daha iyi nüfuz eder. Ses, havadan suya, su yüzeyinin üzerinde çıkıntı yapan çalılar veya sazlıklar arasından iyi bir şekilde nüfuz eder.

Sesin engellerden yansıması ve dalga doğası nedeniyle, uzayda belirli bir noktaya gelen aynı frekanslardaki ses basınçlarının genliklerinin toplanması veya çıkarılması meydana gelebilir. Bu eklemenin (girişimin) önemli bir sonucu, yansıma üzerine duran dalgaların oluşmasıdır. Örneğin, bir diyapazonu titreterek onu duvara yaklaştırıp uzaklaştırırsanız, ses alanında antinodların ve düğümlerin ortaya çıkması nedeniyle ses seviyesinde bir artış ve azalma duyabilirsiniz. Tipik olarak, kapalı kaplarda duran dalgalar oluşur: akvaryumlarda, yüzme havuzlarında vb., kaynak nispeten uzun bir süre çaldığında.

Denizin veya diğer doğal su kütlelerinin gerçek koşullarında, sesin yayılması sırasında, su ortamının heterojenliğinden kaynaklanan çok sayıda karmaşık olay gözlemlenir. Doğal su kütlelerinde sesin yayılması, taban ve arayüzlerden (su - hava), sıcaklık ve tuz heterojenliğinden, hidrostatik basınçtan, hava kabarcıklarından ve planktonik organizmalardan büyük ölçüde etkilenir. Su ile hava ve taban arasındaki arayüz ve suyun heterojenliği, kırılma (ses ışınlarının eğriliği) veya yankılanma (ses ışınlarının çoklu yansıması) fenomenine yol açar.

Su kabarcıkları, plankton ve diğer asılı maddeler, sesin su içinde emilmesine katkıda bulunur. Bu çok sayıda faktörün niceliksel bir değerlendirmesi henüz geliştirilmemiştir. Akustik deneyler yaparken bunları dikkate almak gerekir.

Şimdi suda ses yayıldığında meydana gelen olayları ele alalım.

Bir ses kaynağını sonsuz uzayda titreşen bir küre olarak hayal edelim. Böyle bir kaynaktan yayılan akustik enerji, merkezden uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak zayıflar.

Ortaya çıkan ses dalgalarının enerjisi üç parametreyle karakterize edilebilir: hız, basınç ve titreşen su parçacıklarının yer değiştirmesi. Balıkların işitme yetenekleri göz önüne alındığında son iki parametre özellikle ilgi çekicidir, bu yüzden onlar üzerinde daha ayrıntılı olarak duracağız.

Harris ve Berglijk'e (1962) göre, basınç dalgalarının yayılması ve yer değiştirme etkileri, yakın (bir ses dalga boyundan daha az bir mesafede) ve uzak (bir ses dalga boyundan daha fazla bir mesafede) akustikte farklı şekilde temsil edilir. alan.

Uzak akustik alanda basınç, ses kaynağına olan mesafeyle ters orantılı olarak zayıflar. Bu durumda, uzak akustik alanda yer değiştirme genlikleri, basınç genlikleri ile doğru orantılıdır ve birbirleriyle aşağıdaki formülle ilişkilidir:

Nerede R - akustik basınç din/cm2;

D- parçacık yer değiştirme miktarı santimetre.

Yakın akustik alanda, basınç genlikleri ile yer değiştirme arasındaki ilişki farklıdır:

Nerede R-akustik basınç din/cm2;

D - su parçacıklarının yer değiştirmesinin büyüklüğü santimetre;

F - salınım frekansı Hz;

rs- suyun akustik direnci 150.000'e eşit g/cm2 saniye 2;

lambda- ses dalga boyu M; R - titreşen kürenin merkezine olan mesafe;

Ben= Kare Ben

Formül, yakın akustik alandaki yer değiştirmenin genliğinin dalga boyuna, sese ve ses kaynağına olan mesafeye bağlı olduğunu gösterir.

Söz konusu sesin dalga boyundan daha kısa mesafelerde yer değiştirme genliği mesafenin karesiyle ters orantılı olarak azalır:

Nerede A - titreşimli kürenin yarıçapı;

D- titreşim nedeniyle kürenin yarıçapının arttırılması; R - kürenin merkezine olan mesafe.

Aşağıda da görüleceği üzere balıkların iki farklı alıcı tipi vardır. Bazıları basıncı algılarken bazıları su parçacıklarının yer değiştirmesini algılar. Yukarıdaki denklemler bu nedenle balıkların su altı ses kaynaklarına tepkilerinin doğru değerlendirilmesi açısından büyük önem taşımaktadır.

Sesin yayılmasıyla bağlantılı olarak, yayıcılarla ilişkili iki olguya daha dikkat çekiyoruz: yayıcıların rezonansı ve yönlülüğü olgusu.

Sesin bir cisim tarafından yayılması titreşimleri nedeniyle meydana gelir. Her cismin, cismin büyüklüğüne ve elastik özelliklerine göre belirlenen kendi titreşim frekansı vardır. Böyle bir cisim, frekansı kendi frekansıyla çakışan titreşime ayarlanırsa, titreşimin genliğinde önemli bir artış olgusu meydana gelir - rezonans. Rezonans kavramının kullanılması, balık yayıcı ve alıcılarının bazı akustik özelliklerinin karakterize edilmesini mümkün kılar. Suya ses emisyonu yönlü veya yönsüz olabilir. İlk durumda, ses enerjisi ağırlıklı olarak belirli bir yönde yayılır. Belirli bir ses kaynağının ses enerjisinin mekansal dağılımını ifade eden grafiğe yön diyagramı denir. Yayıcının çapı, yayılan sesin dalga boyundan önemli ölçüde büyük olduğunda yönlü radyasyon gözlenir.

Yönsüz radyasyon durumunda, ses enerjisi her yöne eşit şekilde dağılır. Bu olay, yayılan sesin dalga boyu yayıcının çapını aştığında meydana gelir. lambda>2A.İkinci durum en çok su altı düşük frekanslı yayıcılar için tipiktir. Tipik olarak düşük frekanslı seslerin dalga boyları, kullanılan su altı yayıcıların boyutundan çok daha büyüktür. Aynı olay balık yayıcılar için de tipiktir. Bu durumlarda yayıcıların yön düzeni yoktur. Bu bölümde balıkların biyoakustiği ile bağlantılı olarak su ortamındaki sesin yalnızca bazı genel fiziksel özelliklerine değinildi. Akustikle ilgili bazı daha spesifik konular kitabın uygun bölümlerinde tartışılacaktır.

Sonuç olarak çeşitli yazarlar tarafından kullanılan ses ölçüm sistemlerini ele alacağız. Ses yoğunluğu, basıncı veya basınç seviyesi ile ifade edilebilir.

Mutlak birimlerdeki ses yoğunluğu sayılarla ölçülür erg/sn-cm 2, veya W/cm2. Aynı zamanda 1 erg/sn=10 -7 Salı.

Ses basıncı ölçülür barlar

Ses yoğunluğu ile ses basıncı arasında bir ilişki vardır:

bunu kullanarak bu değerleri birbirine dönüştürebilirsiniz.

Özellikle balıkların işitme duyusu göz önüne alındığında, eşik değerlerinin çok geniş olması nedeniyle, ses basıncı göreceli logaritmik desibel birimleriyle ifade edilir; db. Bir sesin ses basıncı ise R, ve diğer P o ise, ilk sesin ikinciden daha yüksek olduğuna inanırlar. kdb ve aşağıdaki formülü kullanarak hesaplayın:

Çoğu araştırmacı, insan işitmesinin eşik değerini 0,0002'ye eşit olarak ses basıncının sıfır okuması olarak alır. çubuk frekans 1000 için Hz.

Böyle bir sistemin avantajı, insan ve balıkların işitme duyularını doğrudan karşılaştırma olanağı sağlaması, dezavantajı ise balıkların ses ve işitme duyularından elde edilen sonuçları karşılaştırmanın zorluğudur.

Balıkların yarattığı ses basıncının gerçek değerleri, kabul edilen sıfır seviyesinden (0,0002) dört ila altı büyüklük sırası daha yüksektir. çubuk), ve çeşitli balıkların işitme eşiği seviyeleri, geleneksel sıfır referansının hem üstünde hem de altındadır.

Bu nedenle, balıkların seslerini ve işitmelerini karşılaştırmanın kolaylığı için Amerikalı yazarlar (Tavolga a. Wodinsky, 1963, vb.) farklı bir referans sistemi kullanırlar.

Sıfır referans seviyesi 1 ses basıncı olarak alınır. çubuk, 74'te db daha önce kabul edilenden daha yüksek.

Aşağıda her iki sistemin yaklaşık oranı verilmiştir.

Amerikan referans sistemine göre gerçek değerler metinde yıldız işaretiyle işaretlenmiştir.

Günümüzde pek çok yeni yerleşimci, bir daire döşerken, evlerinin ses yalıtımı da dahil olmak üzere ek işler yapmak zorunda kalıyor çünkü... Kullanılan standart malzemeler, kendi evinizde olup bitenleri yalnızca kısmen gizlemenize ve komşularınızın isteğiniz dışında iletişimiyle ilgilenmemenize olanak tanır.

Katılarda en azından dalgaya karşı koyan maddenin yoğunluğundan ve elastikiyetinden etkilenir. Bu nedenle, binaları donatırken, taşıyıcı duvara bitişik katman, üstte ve altta "örtüşmeler" ile ses geçirmez hale getirilir. Desibelleri bazen 10 kattan fazla azaltmanıza olanak tanır. Daha sonra bazalt paspaslar döşenir ve üstüne sesi daireden dışarıya yansıtan alçıpan levhalar yerleştirilir. Bir ses dalgası böyle bir yapıya "yukarı uçtuğunda" gözenekli ve yumuşak olan yalıtkan katmanlarda zayıflar. Ses güçlüyse sesi emen malzemeler ısınabilir.

Su, tahta ve metaller gibi elastik maddeler iyi iletim sağlar, bu nedenle müzik enstrümanlarının güzel "şarkısını" duyarız. Geçmişte de bazı halklar, örneğin atlıların yaklaşmasını, kulaklarını oldukça esnek olan yere dayayarak belirliyorlardı.

Sesin km cinsinden hızı, yayıldığı ortamın özelliklerine bağlıdır. Özellikle proses, basıncından, kimyasal bileşiminden, sıcaklığından, elastikiyetinden, yoğunluğundan ve diğer parametrelerden etkilenebilir. Örneğin, bir ses dalgası çelik bir levhada saniyede 5100 metre, camda yaklaşık 5000 m/s, ahşap ve granitte yaklaşık 4000 m/s hızla hareket eder. Hızı saatte kilometreye dönüştürmek için göstergeleri 3600 (saatte saniye) ile çarpmanız ve 1000'e (kilometre başına metre) bölmeniz gerekir.

Su ortamında sesin kilometre cinsinden hızı, farklı tuzluluğa sahip maddeler için farklıdır. 10 santigrat derece sıcaklıktaki tatlı su için bu değer yaklaşık 1450 m/s'dir ve 20 santigrat derece sıcaklıkta ve aynı basınçta zaten yaklaşık 1490 m/s'dir.

Tuzlu bir ortam, açıkça daha yüksek ses titreşim hızıyla karakterize edilir.

Sesin havadaki yayılımı sıcaklığa da bağlıdır. Bu parametrenin 20 değeri ile ses dalgaları yaklaşık 340 m/s yani yaklaşık 1200 km/saat hızla hareket etmektedir. Sıfır derecede ise hız 332 m/s'ye düşüyor. Apartman izolatörlerimize dönersek, mantar gibi dış gürültü seviyesini azaltmak için sıklıkla kullanılan bir malzemede ses hızının km cinsinden yalnızca 1800 km/saat (saniyede 500 metre) olduğunu öğrenebiliriz. Bu, çelik parçalardaki bu özellikten on kat daha düşüktür.

Ses dalgası, yayıldığı ortamın uzunlamasına titreşimidir. Örneğin bir müzik parçasının melodisi bir engelden geçtiğinde ses seviyesi azalır çünkü Aynı zamanda frekans aynı kalıyor, bu nedenle kadın sesini kadın sesi, erkek sesini de erkek sesi gibi duyuyoruz. En ilginç yeri km cinsinden ses hızının sıfıra yakın olduğu yerdir. Bu, bu tür dalgaların neredeyse yayılmadığı bir boşluktur. Bunun nasıl çalıştığını göstermek için fizikçiler, havanın dışarı pompalandığı bir kaputun altına çalan bir alarm saati yerleştiriyorlar. Hava ne kadar ince olursa zil o kadar sessiz duyulur.