Le son voyage à travers les ondes sonores. Ces ondes traversent non seulement les gaz et les liquides, mais aussi les solides. L'action de toute onde réside principalement dans le transfert d'énergie. Dans le cas du son, le transport prend la forme de mouvements infimes au niveau moléculaire.
Dans les gaz et les liquides, une onde sonore déplace les molécules dans le sens de son mouvement, c'est-à-dire dans le sens de la longueur d'onde. Dans les solides, les vibrations sonores des molécules peuvent également se produire dans la direction perpendiculaire à l'onde.
Les ondes sonores se propagent à partir de leurs sources dans toutes les directions, comme le montre la figure de droite, qui montre une cloche métallique entrant périodiquement en collision avec sa langue. Ces collisions mécaniques font vibrer la cloche. L'énergie des vibrations est transmise aux molécules de l'air ambiant, et elles sont repoussées de la cloche. En conséquence, la pression augmente dans la couche d'air adjacente à la cloche, qui se propage alors par vagues dans toutes les directions à partir de la source.
La vitesse du son est indépendante du volume ou de la tonalité. Tous les sons de la radio dans la pièce, qu'ils soient forts ou faibles, aigus ou graves, parviennent à l'auditeur en même temps.
La vitesse du son dépend du type de milieu dans lequel il se propage et de sa température. Dans les gaz, les ondes sonores se propagent lentement car leur structure moléculaire raréfiée ne s'oppose guère à la compression. Dans les liquides, la vitesse du son augmente, et dans les solides, elle devient encore plus rapide, comme le montre le diagramme ci-dessous en mètres par seconde (m/s).
chemin des vagues
Les ondes sonores se propagent dans l'air d'une manière similaire à celle illustrée dans les schémas de droite. Les fronts d'onde se déplacent de la source à une certaine distance l'un de l'autre, déterminée par la fréquence des oscillations de la cloche. La fréquence d'une onde sonore est déterminée en comptant le nombre de fronts d'onde qui passent par un point donné par unité de temps.
Le front d'onde sonore s'éloigne de la cloche vibrante.
Dans un air uniformément chauffé, le son se propage à une vitesse constante.
Le deuxième front suit le premier à une distance égale à la longueur d'onde.
L'intensité sonore est maximale près de la source.
Représentation graphique d'une onde invisible
Sondage des profondeurs
Un faisceau de faisceaux sonar, composé d'ondes sonores, traverse facilement l'eau de l'océan. Le principe de fonctionnement du sonar repose sur le fait que les ondes sonores rebondissent sur le fond de l'océan ; cet appareil est généralement utilisé pour déterminer les caractéristiques du relief sous-marin.
Solides élastiques
Le son se propage dans une plaque de bois. Les molécules de la plupart des solides sont liées dans un réseau spatial élastique, qui est mal comprimé et accélère en même temps le passage des ondes sonores.
Les lois fondamentales de la propagation du son comprennent les lois de sa réflexion et de sa réfraction aux frontières de divers milieux, ainsi que la diffraction du son et sa diffusion en présence d'obstacles et d'inhomogénéités dans le milieu et aux interfaces entre milieux.
La distance de propagation du son est influencée par le facteur d'absorption acoustique, c'est-à-dire le transfert irréversible de l'énergie des ondes sonores vers d'autres types d'énergie, en particulier la chaleur. Un facteur important est également la direction du rayonnement et la vitesse de propagation du son, qui dépend du milieu et de son état spécifique.
Les ondes acoustiques se propagent à partir d'une source sonore dans toutes les directions. Si une onde sonore traverse un trou relativement petit, elle se propage dans toutes les directions et ne va pas dans un faisceau dirigé. Par exemple, les sons de la rue pénétrant par une fenêtre ouverte dans une pièce sont entendus en tous ses points, et pas seulement contre la fenêtre.
La nature de la propagation des ondes sonores au niveau d'un obstacle dépend du rapport entre les dimensions de l'obstacle et la longueur d'onde. Si les dimensions de l'obstacle sont petites devant la longueur d'onde, alors l'onde contourne cet obstacle en se propageant dans toutes les directions.
Les ondes sonores, pénétrant d'un milieu à un autre, s'écartent de leur direction d'origine, c'est-à-dire qu'elles sont réfractées. L'angle de réfraction peut être supérieur ou inférieur à l'angle d'incidence. Cela dépend du support d'où provient le son. Si la vitesse du son dans le second milieu est supérieure, alors l'angle de réfraction sera supérieur à l'angle d'incidence, et vice versa.
En rencontrant un obstacle sur son chemin, les ondes sonores en sont réfléchies selon une règle strictement définie - l'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence - la notion d'écho y est associée. Si le son est réfléchi par plusieurs surfaces à différentes distances, plusieurs échos se produisent.
Le son se propage sous la forme d'une onde sphérique divergente qui remplit un volume de plus en plus grand. À mesure que la distance augmente, les oscillations des particules du milieu s'affaiblissent et le son se dissipe. On sait que pour augmenter la distance de transmission, le son doit être concentré dans une direction donnée. Lorsque nous voulons, par exemple, être entendus, nous portons nos mains à notre bouche ou utilisons un embout buccal.
La diffraction, c'est-à-dire la courbure des rayons sonores, a une grande influence sur la plage de propagation du son. Plus le milieu est hétérogène, plus le faisceau sonore est courbé et, par conséquent, plus la distance de propagation du son est courte.
propagation du son
Les ondes sonores peuvent se propager dans l'air, les gaz, les liquides et les solides. Les ondes ne se forment pas dans l'espace sans air. Cela peut être facilement vu à partir d'une expérience simple. Si une sonnette électrique est placée sous un bouchon hermétique d'où l'air est évacué, on n'entendra aucun son. Mais dès que le bouchon est rempli d'air, un son se produit.
La vitesse de propagation des mouvements oscillatoires de particule à particule dépend du milieu. Dans les temps anciens, les guerriers collaient leurs oreilles au sol et découvraient ainsi la cavalerie ennemie bien plus tôt qu'elle n'apparaissait en vue. Et le célèbre savant Léonard de Vinci écrivait au XVe siècle : « Si vous, étant en mer, abaissez le trou du tuyau dans l'eau, et mettez l'autre extrémité à votre oreille, vous entendrez le bruit des navires très éloignés de tu."
La vitesse du son dans l'air a été mesurée pour la première fois au XVIIe siècle par l'Académie des sciences de Milan. Un canon était installé sur l'une des collines et un poste d'observation était situé sur l'autre. L'heure a été enregistrée à la fois au moment de la prise de vue (par flash) et au moment de la réception du son. A partir de la distance entre le poste d'observation et le canon et de l'heure d'origine du signal, la vitesse de propagation du son n'était plus difficile à calculer. Il s'est avéré être égal à 330 mètres par seconde.
Dans l'eau, la vitesse de propagation du son a été mesurée pour la première fois en 1827 sur le lac Léman. Deux bateaux étaient l'un de l'autre à une distance de 13847 mètres. Sur le premier, une cloche était accrochée sous le fond, et sur le second, un simple hydrophone (corne) était descendu dans l'eau. Sur le premier bateau, en même temps que la cloche a été frappée, la poudre à canon a été incendiée, sur le deuxième observateur, au moment du flash, il a déclenché le chronomètre et a commencé à attendre que le signal sonore de la cloche arrive . Il s'est avéré que le son se propage plus de 4 fois plus vite dans l'eau que dans l'air, c'est-à-dire à une vitesse de 1450 mètres par seconde.
Vitesse de propagation du son
Plus l'élasticité du milieu est élevée, plus la vitesse est grande: dans le caoutchouc50, dans l'air330, dans l'eau1450 et dans l'acier - 5000 mètres par seconde. Si nous, qui étions à Moscou, pouvions crier si fort que le son atteindrait Pétersbourg, alors nous n'y serions entendus qu'en une demi-heure, et si le son se propageait sur la même distance dans l'acier, il serait reçu en deux minutes. .
La vitesse de propagation du son est influencée par l'état du même milieu. Quand on dit que le son se propage dans l'eau à une vitesse de 1450 mètres par seconde, cela ne veut pas dire du tout que dans n'importe quelle eau et dans n'importe quelles conditions. Avec une augmentation de la température et de la salinité de l'eau, ainsi qu'avec une augmentation de la profondeur et, par conséquent, de la pression hydrostatique, la vitesse du son augmente. Ou prenez de l'acier. Ici aussi, la vitesse du son dépend à la fois de la température et de la composition qualitative de l'acier : plus il contient de carbone, plus il est dur, plus le son y voyage rapidement.
En rencontrant un obstacle sur son chemin, les ondes sonores en sont réfléchies selon une règle strictement définie : l'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence. Les ondes sonores provenant de l'air sont presque complètement réfléchies vers le haut depuis la surface de l'eau, et les ondes sonores provenant d'une source dans l'eau sont réfléchies vers le bas.
Les ondes sonores, pénétrant d'un milieu à l'autre, s'écartent de leur position d'origine, c'est-à-dire sont réfractés. L'angle de réfraction peut être supérieur ou inférieur à l'angle d'incidence. Cela dépend du milieu à partir duquel le son pénètre. Si la vitesse du son dans le second milieu est plus grande que dans le premier, alors l'angle de réfraction sera plus grand que l'angle d'incidence et vice versa.
Dans l'air, les ondes sonores se propagent sous la forme d'une onde sphérique divergente, qui remplit un volume de plus en plus grand, car les vibrations des particules causées par les sources sonores sont transférées à la masse d'air. Cependant, à mesure que la distance augmente, les oscillations des particules s'affaiblissent. On sait que pour augmenter la distance de transmission, le son doit être concentré dans une direction donnée. Lorsque nous voulons être mieux entendus, nous portons nos paumes à notre bouche ou utilisons un klaxon. Dans ce cas, le son sera moins atténué et les ondes sonores se propageront davantage.
À mesure que l'épaisseur de la paroi augmente, le sonar aux basses fréquences moyennes augmente, mais la résonance de coïncidence «insidieuse», qui provoque l'étouffement du sonar, commence à se manifester à des fréquences plus basses et en capture une zone plus large.
Cette leçon couvre le sujet "Les ondes sonores". Dans cette leçon, nous allons continuer à étudier l'acoustique. Tout d'abord, nous répétons la définition des ondes sonores, puis considérons leurs gammes de fréquences et nous familiarisons avec le concept d'ondes ultrasonores et infrasonores. Nous discuterons également des propriétés des ondes sonores dans divers médias et découvrirons leurs caractéristiques. .
Les ondes sonores - ce sont des vibrations mécaniques qui, se propageant et interagissant avec l'organe auditif, sont perçues par une personne (Fig. 1).
Riz. 1. Onde sonore
La section qui traite de ces ondes en physique s'appelle l'acoustique. Le métier de ceux qu'on appelle communément « auditeurs » est l'acoustique. Une onde sonore est une onde se propageant dans un milieu élastique, c'est une onde longitudinale, et lorsqu'elle se propage dans un milieu élastique, compression et raréfaction alternent. Elle se transmet dans le temps sur une distance (Fig. 2).
Riz. 2. Propagation d'une onde sonore
Les ondes sonores comprennent de telles vibrations qui sont réalisées avec une fréquence de 20 à 20 000 Hz. Ces fréquences correspondent à des longueurs d'onde de 17 m (pour 20 Hz) et 17 mm (pour 20 000 Hz). Cette plage sera appelée son audible. Ces longueurs d'onde sont données pour l'air dont la vitesse de propagation du son est égale à.
Il existe également de telles gammes dans lesquelles les acoustiques sont engagés - infrasonores et ultrasonores. Les infrasonores sont ceux qui ont une fréquence inférieure à 20 Hz. Et les ultrasons sont ceux qui ont une fréquence supérieure à 20 000 Hz (Fig. 3).
Riz. 3. Gammes d'ondes sonores
Toute personne instruite doit être guidée dans la gamme de fréquences des ondes sonores et savoir que si elle passe une échographie, l'image sur l'écran de l'ordinateur sera construite avec une fréquence supérieure à 20 000 Hz.
Échographie - Ce sont des ondes mécaniques similaires aux ondes sonores, mais avec une fréquence de 20 kHz à un milliard de hertz.
Les ondes d'une fréquence supérieure à un milliard de hertz sont appelées hypersonique.
Les ultrasons sont utilisés pour détecter les défauts des pièces moulées. Un flux de courts signaux ultrasonores est dirigé vers la pièce testée. Dans les endroits où il n'y a pas de défauts, les signaux traversent la pièce sans être enregistrés par le récepteur.
S'il y a une fissure, une cavité d'air ou une autre inhomogénéité dans la pièce, le signal ultrasonore en est réfléchi et, en revenant, pénètre dans le récepteur. Une telle méthode est appelée détection de défauts par ultrasons.
D'autres exemples d'utilisation des ultrasons sont les appareils à ultrasons, les appareils à ultrasons, la thérapie par ultrasons.
Infrason - ondes mécaniques similaires aux ondes sonores, mais avec une fréquence inférieure à 20 Hz. Ils ne sont pas perçus par l'oreille humaine.
Les sources naturelles d'ondes infrasonores sont les tempêtes, les tsunamis, les tremblements de terre, les ouragans, les éruptions volcaniques, les orages.
Les infrasons sont également des ondes importantes qui sont utilisées pour faire vibrer la surface (par exemple, pour détruire certains gros objets). Nous lançons des infrasons dans le sol - et le sol est écrasé. Où est-ce utilisé? Par exemple, dans les mines de diamants, où ils prennent du minerai contenant des composants de diamant et le broient en petites particules pour trouver ces inclusions de diamant (Fig. 4).
Riz. 4. Application des infrasons
La vitesse du son dépend des conditions environnementales et de la température (Fig. 5).
Riz. 5. Vitesse de propagation des ondes sonores dans divers milieux
Attention : dans l'air, la vitesse du son est égale à , tandis que la vitesse augmente de . Si vous êtes un chercheur, ces connaissances peuvent vous être utiles. Vous pouvez même proposer une sorte de capteur de température qui détectera les écarts de température en modifiant la vitesse du son dans le milieu. Nous savons déjà que plus le milieu est dense, plus l'interaction entre les particules du milieu est importante, plus l'onde se propage rapidement. Nous en avons discuté dans le dernier paragraphe en utilisant l'exemple de l'air sec et de l'air humide. Pour l'eau, la vitesse de propagation du son. Si vous créez une onde sonore (frappez sur un diapason), la vitesse de sa propagation dans l'eau sera 4 fois supérieure à celle dans l'air. Par voie maritime, les informations arriveront 4 fois plus vite que par voie aérienne. Et encore plus rapide dans l'acier : 
(Fig. 6).
Riz. 6. La vitesse de propagation d'une onde sonore
Vous savez d'après les épopées qu'Ilya Muromets a utilisées (et tous les héros et les Russes ordinaires et les garçons du Conseil militaire révolutionnaire de Gaidar), ont utilisé une manière très intéressante de détecter un objet qui s'approche, mais toujours loin. Le son qu'il fait en se déplaçant n'est pas encore audible. Ilya Muromets, l'oreille collée au sol, peut l'entendre. Pourquoi? Parce que le son est transmis sur un sol solide à une vitesse plus élevée, ce qui signifie qu'il atteindra plus rapidement l'oreille d'Ilya Muromets et qu'il pourra se préparer à affronter l'ennemi.
Les ondes sonores les plus intéressantes sont les sons et les bruits musicaux. Quels objets peuvent créer des ondes sonores ? Si on prend une source d'onde et un milieu élastique, si on fait vibrer harmoniquement la source sonore, alors on aura une onde sonore merveilleuse, qu'on appellera son musical. Ces sources d'ondes sonores peuvent être, par exemple, les cordes d'une guitare ou d'un piano. Il peut s'agir d'une onde sonore créée dans l'espace du tuyau d'air (orgue ou tuyau). Depuis les cours de musique, vous connaissez les notes : do, re, mi, fa, salt, la, si. En acoustique, on les appelle des tonalités (Fig. 7).
Riz. 7. Tonalités musicales
Tous les éléments qui peuvent émettre des tonalités auront des fonctionnalités. Comment diffèrent-ils? Ils diffèrent par la longueur d'onde et la fréquence. Si ces ondes sonores ne sont pas créées par des corps sonores harmoniquement ou ne sont pas connectées dans une pièce orchestrale commune, alors un tel nombre de sons sera appelé bruit.
Bruit- des fluctuations aléatoires de diverses natures physiques, caractérisées par la complexité de la structure temporelle et spectrale. Le concept de bruit est quotidien et physique, ils sont très similaires, et nous l'introduisons donc comme un objet de considération important et distinct.
Passons aux estimations quantitatives des ondes sonores. Quelles sont les caractéristiques des ondes sonores musicales ? Ces caractéristiques s'appliquent exclusivement aux vibrations sonores harmoniques. Alors, volume sonore. Qu'est-ce qui détermine le volume d'un son ? Considérons la propagation d'une onde sonore dans le temps ou les oscillations d'une source d'ondes sonores (Fig. 8).
Riz. 8. Volume sonore
En même temps, si nous n'ajoutons pas beaucoup de son au système (appuyez doucement sur la touche du piano, par exemple), alors il y aura un son silencieux. Si nous appelons bruyamment, levant la main haute, ce son en appuyant sur la touche, nous obtenons un son fort. De quoi dépend-il ? Les sons faibles ont moins de vibrations que les sons forts.
La prochaine caractéristique importante du son musical et de tout autre est la taille. Qu'est-ce qui détermine la hauteur d'un son ? Le pitch dépend de la fréquence. Nous pouvons faire osciller la source fréquemment, ou nous pouvons la faire osciller pas très vite (c'est-à-dire faire moins d'oscillations par unité de temps). Considérez le balayage temporel des sons aigus et graves de même amplitude (Fig. 9).
Riz. 9. Emplacement
Une conclusion intéressante peut être tirée. Si une personne chante en basse, alors sa source sonore (ce sont les cordes vocales) fluctue plusieurs fois moins vite que celle d'une personne qui chante en soprano. Dans le second cas, les cordes vocales vibrent plus souvent, donc plus souvent elles provoquent des foyers de compression et de raréfaction dans la propagation de l'onde.
Il existe une autre caractéristique intéressante des ondes sonores que les physiciens n'étudient pas. ce timbre. Vous connaissez et distinguez facilement le même morceau de musique joué à la balalaïka ou au violoncelle. Quelle est la différence entre ces sons ou cette performance ? Au début de l'expérience, nous avons demandé aux personnes qui produisent des sons de leur donner approximativement la même amplitude afin que le volume du son soit le même. C'est comme dans le cas d'un orchestre : s'il n'y a pas besoin de singulariser un instrument, tout le monde joue à peu près de la même manière, avec la même force. Ainsi, le timbre de la balalaïka et du violoncelle est différent. Si on dessinait le son qui est extrait d'un instrument, d'un autre, à l'aide de schémas, alors ce serait le même. Mais vous pouvez facilement distinguer ces instruments par leur sonorité.
Un autre exemple de l'importance du timbre. Imaginez deux chanteurs diplômés de la même école de musique avec les mêmes professeurs. Ils étudiaient aussi bien avec les cinq. Pour une raison quelconque, l'un devient un interprète exceptionnel, tandis que l'autre est insatisfait de sa carrière toute sa vie. En fait, cela est déterminé uniquement par leur instrument, qui ne provoque que des vibrations vocales dans l'environnement, c'est-à-dire que leurs voix diffèrent par le timbre.
Bibliographie
- Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Physique : un ouvrage de référence avec des exemples de résolution de problèmes. - Redistribution de la 2e édition. - X. : Vesta : maison d'édition "Ranok", 2005. - 464 p.
- Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Physique. 9e année: manuel d'enseignement général. institutions / A.V. Perychkine, E.M. Gutnik. - 14e éd., stéréotype. - M. : Outarde, 2009. - 300 p.
- Portail Internet "eduspb.com" ()
- Portail Internet "msk.edu.ua" ()
- Portail Internet "class-fizika.narod.ru" ()
Devoirs
- Comment le son se propage-t-il ? Quelle peut être la source du son ?
- Le son peut-il voyager dans l'espace ?
- Chaque onde qui atteint l'oreille humaine est-elle perçue par lui ?
Hydroacoustique (du grec. hydraulique- l'eau, acusticocoque- auditif) - la science des phénomènes se produisant dans le milieu aquatique et associés à la propagation, l'émission et la réception des ondes acoustiques. Il comprend le développement et la réalisation de dispositifs hydroacoustiques destinés à être utilisés en milieu aquatique.
L'histoire du développement
Fondamentaux de l'hydroacoustique
Caractéristiques de la propagation des ondes acoustiques dans l'eau
Composants d'un événement d'occurrence d'écho.
Le début de recherches approfondies et fondamentales sur la propagation des ondes acoustiques dans l'eau a été posé pendant la Seconde Guerre mondiale, dictée par la nécessité de résoudre les problèmes pratiques des marines et, en premier lieu, des sous-marins. Les travaux expérimentaux et théoriques ont été poursuivis dans les années d'après-guerre et résumés dans un certain nombre de monographies. Grâce à ces travaux, certaines caractéristiques de la propagation des ondes acoustiques dans l'eau ont été identifiées et affinées : absorption, atténuation, réflexion et réfraction.
L'absorption de l'énergie des ondes acoustiques dans l'eau de mer est causée par deux processus : le frottement interne du milieu et la dissociation des sels qui y sont dissous. Le premier processus convertit l'énergie d'une onde acoustique en énergie thermique, et le second processus, étant converti en énergie chimique, amène les molécules hors d'équilibre et elles se désintègrent en ions. Ce type d'absorption augmente fortement avec une augmentation de la fréquence de la vibration acoustique. La présence de particules en suspension, de micro-organismes et d'anomalies de température dans l'eau entraîne également l'atténuation de l'onde acoustique dans l'eau. En règle générale, ces pertes sont faibles et elles sont incluses dans l'absorption totale, cependant, parfois, comme, par exemple, dans le cas de la diffusion par le sillage d'un navire, ces pertes peuvent atteindre 90%. La présence d'anomalies de température conduit à ce que l'onde acoustique pénètre dans les zones d'ombre acoustique, où elle peut subir de multiples réflexions.
La présence d'interfaces eau-air et eau-fond conduit à la réflexion d'une onde acoustique sur celles-ci, et si dans le premier cas l'onde acoustique est complètement réfléchie, alors dans le second cas le coefficient de réflexion dépend du matériau du fond : il reflète mal le fond vaseux, bien sablonneux et rocheux. À faible profondeur, en raison de la réflexion répétée d'une onde acoustique entre le fond et la surface, un canal sonore sous-marin apparaît, dans lequel l'onde acoustique peut se propager sur de longues distances. La modification de la valeur de la vitesse du son à différentes profondeurs entraîne la courbure des "rayons" sonores - la réfraction.
Réfraction du son (courbure du trajet du faisceau sonore)
|
Réfraction du son dans l'eau : a - en été ; b - en hiver; à gauche - changement de vitesse avec la profondeur. La vitesse de propagation du son varie avec la profondeur, et les changements dépendent de la période de l'année et de la journée, de la profondeur du réservoir et d'un certain nombre d'autres raisons. Les rayons sonores émergeant d'une source à un certain angle par rapport à l'horizon sont courbés et la direction de la courbure dépend de la répartition des vitesses du son dans le milieu: en été, lorsque les couches supérieures sont plus chaudes que les couches inférieures, les rayons se courbent vers le bas et se réfléchissent principalement par le bas, tout en perdant une partie importante de leur énergie ; en hiver, lorsque les couches inférieures de l'eau maintiennent leur température, tandis que les couches supérieures se refroidissent, les rayons se courbent vers le haut et sont réfléchis à plusieurs reprises par la surface de l'eau, avec beaucoup moins d'énergie perdue. Ainsi, en hiver, la distance de propagation du son est plus grande qu'en été. La distribution verticale de la vitesse du son (VSDS) et le gradient de vitesse ont une influence déterminante sur la propagation du son dans le milieu marin. La distribution de la vitesse du son dans les différentes régions de l'océan mondial est différente et varie avec le temps. Il existe plusieurs cas typiques de VRSZ : |
Diffusion et absorption du son par inhomogénéités du milieu.
Propagation du son dans le son sous-marin. canal: a - changement de la vitesse du son avec la profondeur; b - chemin des rayons dans le canal sonore. La propagation des sons à haute fréquence, lorsque les longueurs d'onde sont très petites, est influencée par de petites inhomogénéités, généralement présentes dans les réservoirs naturels : bulles de gaz, micro-organismes, etc. Ces inhomogénéités agissent de deux manières : elles absorbent et diffusent l'énergie des ondes sonores . En conséquence, avec une augmentation de la fréquence des vibrations sonores, la portée de leur propagation est réduite. Cet effet est particulièrement perceptible dans la couche superficielle de l'eau, où il y a le plus d'inhomogénéités. La diffusion du son par les hétérogénéités, ainsi que les irrégularités de la surface de l'eau et du fond, provoque le phénomène de réverbération sous-marine qui accompagne l'envoi d'une impulsion sonore : les ondes sonores, réfléchies par une combinaison d'hétérogénéités et se confondant, donnent un resserrement de l'impulsion sonore, qui se poursuit après sa fin. Les limites de la gamme de propagation des sons sous-marins sont également limitées par les bruits propres de la mer, qui ont une double origine : certains des bruits proviennent des impacts des vagues sur la surface de l'eau, du ressac de la mer, des le bruit des cailloux qui roulent, etc. ; l'autre partie est associée à la faune marine (sons produits par les hydrobiontes : poissons et autres animaux marins). La biohydroacoustique traite de cet aspect très sérieux. |
Distance de propagation des ondes sonores
La plage de propagation des ondes sonores est une fonction complexe de la fréquence de rayonnement, qui est uniquement liée à la longueur d'onde du signal acoustique. Comme on le sait, les signaux acoustiques à haute fréquence sont rapidement atténués en raison d'une forte absorption par le milieu aquatique. Les signaux basse fréquence, au contraire, sont capables de se propager dans le milieu aquatique sur de longues distances. Ainsi, un signal acoustique d'une fréquence de 50 Hz est capable de se propager dans l'océan sur des distances de milliers de kilomètres, tandis qu'un signal d'une fréquence de 100 kHz, typique d'un sonar à balayage latéral, a une plage de propagation de seulement 1-2 km. Les portées approximatives des sonars modernes avec différentes fréquences du signal acoustique (longueur d'onde) sont données dans le tableau:
Domaines d'utilisation.
L'hydroacoustique a reçu une large application pratique, car aucun système efficace n'a encore été créé pour transmettre des ondes électromagnétiques sous l'eau à une distance significative, et le son est donc le seul moyen de communication possible sous l'eau. À ces fins, des fréquences sonores de 300 à 10 000 Hz et des ultrasons de 10 000 Hz et plus sont utilisés. Des émetteurs et des hydrophones électrodynamiques et piézoélectriques sont utilisés comme émetteurs et récepteurs dans la région sonore, et des émetteurs piézoélectriques et magnétostrictifs sont utilisés dans la région ultrasonique.
Les applications les plus importantes de l'hydroacoustique sont :
- Pour résoudre des problèmes militaires;
- Navigation maritime ;
- Communication sous-marine sonore ;
- Reconnaissance à la recherche de poissons ;
- Recherche océanologique;
- Domaines d'activité pour la valorisation des richesses du fond des océans ;
- Utilisation de l'acoustique en piscine (à domicile ou dans un centre d'entraînement de natation synchronisée)
- Dressage d'animaux marins.
Remarques
Littérature et sources d'information
LITTÉRATURE:
- V.V. Shuleikin Physique de la mer. - Moscou : "Nauka", 1968. - 1090 p.
- I.A. roumain Fondamentaux de l'hydroacoustique. - Moscou : "Construction navale", 1979. - 105 p.
- Yu.A. Koryakin Systèmes hydroacoustiques. - Saint-Pétersbourg : "La science de Saint-Pétersbourg et la puissance navale de la Russie", 2002. - 416 p.
CHASSE SOUS-MARINE
Propagation du son dans l'eau .
Le son se propage cinq fois plus vite dans l'eau que dans l'air. La vitesse moyenne est de 1400 - 1500 m/s (la vitesse de propagation du son dans l'air est de 340 m/s). Il semblerait que l'audibilité dans l'eau s'améliore également. En fait, c'est loin d'être le cas. Après tout, la force du son ne dépend pas de la vitesse de propagation, mais de l'amplitude des vibrations sonores et de la capacité de perception des organes auditifs. Dans la cochlée de l'oreille interne se trouve l'organe de Corti, composé de cellules auditives. Les ondes sonores font vibrer le tympan, les osselets auditifs et la membrane de l'organe de Corti. Des cellules ciliées de ce dernier, percevant les vibrations sonores, l'excitation nerveuse va au centre auditif, situé dans le lobe temporal du cerveau.
Une onde sonore peut pénétrer dans l'oreille interne d'une personne de deux manières: par conduction aérienne à travers le conduit auditif externe, le tympan et les osselets auditifs de l'oreille moyenne, et par conduction osseuse - vibration des os du crâne. En surface, la conduction aérienne prédomine, et sous l'eau, la conduction osseuse. Ceci est confirmé par une simple expérience. Couvrez les deux oreilles avec la paume de vos mains. En surface, l'audibilité se détériorera fortement, mais cela n'est pas observé sous l'eau.
Ainsi, les sons sous-marins sont perçus principalement par conduction osseuse. Théoriquement, cela s'explique par le fait que la résistance acoustique de l'eau se rapproche de la résistance acoustique des tissus humains. Par conséquent, la perte d'énergie lors de la transition des ondes sonores de l'eau aux os de la tête humaine est moindre que dans l'air. La conduction aérienne sous l'eau disparaît presque, car le conduit auditif externe est rempli d'eau et une petite couche d'air près du tympan transmet faiblement les vibrations sonores.
Des expériences ont établi que la conduction osseuse est inférieure de 40 % à la conduction aérienne. Par conséquent, l'audibilité sous l'eau se détériore en général. La plage d'audibilité avec conduction osseuse du son ne dépend pas tant de la force que de la tonalité : plus la tonalité est élevée, plus le son est entendu loin.
Le monde sous-marin pour une personne est un monde de silence, où il n'y a pas de bruits parasites. Par conséquent, les signaux sonores les plus simples peuvent être perçus sous l'eau à des distances considérables. Une personne entend un coup sur une cartouche métallique immergée dans l'eau à une distance de 150-200 m, le bruit d'un hochet à 100 m, une cloche à 60 m.
Les sons émis sous l'eau sont généralement inaudibles à la surface, tout comme les sons provenant de l'extérieur ne sont pas entendus sous l'eau. Pour percevoir les sons sous-marins, vous devez plonger au moins partiellement. Si vous entrez dans l'eau jusqu'aux genoux, vous commencez à percevoir un son qui n'a jamais été entendu auparavant. Au fur et à mesure que vous plongez, le volume augmente. Il est particulièrement bien audible lors de l'immersion de la tête.
Pour émettre des signaux sonores depuis la surface, il est nécessaire d'abaisser au moins la moitié de la source sonore dans l'eau, et la force du son changera. L'orientation sous l'eau à l'oreille est extrêmement difficile. Dans l'air, le son arrive dans une oreille 0,00003 seconde plus tôt que dans l'autre. Cela vous permet de déterminer l'emplacement de la source sonore avec une erreur de seulement 1 à 3 °. Sous l'eau, le son est perçu simultanément par les deux oreilles et il n'y a donc pas de perception claire et directionnelle. L'erreur d'orientation est de 180°.
Dans une expérience spécialement conçue, seuls les plongeurs légers individuels après de longues errances et. les recherches se sont rendues à l'emplacement de la source sonore, qui se trouvait à 100-150 m d'eux.Il a été noté qu'un entraînement systématique pendant une longue période permet de développer la capacité de naviguer assez précisément par le son sous l'eau. Cependant, dès que l'entraînement s'arrête, ses résultats sont annulés.