звук под водой распространяется быстрее чем в воздухе
Звук под водой распространяется быстрее чем в воздухе
Звук распространяется в воде в пять раз быстрее, чем в воздухе. Средняя скорость равняется 1400 — 1500 м/сек (скорость распространения звука в воздухе 340 м/сек). Казалось бы, что слышимость в воде также улучшается. На самом деле это далеко не так. Ведь сила звука зависит не от скорости распространения, а от амплитуды звуковых колебаний и воспринимающей способности органов слуха. В улитке внутреннего уха расположен кортиев орган, состоящий из слуховых клеток. Звуковые волны колеблят барабанную перепонку, слуховые косточки и мембрану кортиевого органа. От волосяных клеток последнего, воспринимающих звуковые колебания, нервное возбуждение идет в слуховой центр, расположенный в височной доли головного мозга.
Звуковая волна может попасть во внутреннее ухо человека двумя путями: воздушной проводимостью через наружный слуховой проход, барабанную перепонку и слуховые косточки среднего уха и посредством костной проводимости — вибрации костей черепа. На поверхности преобладает воздушная, а под водой костная проводимость. В этом убеждает простой опыт. Закройте ладонями рук оба уха. На поверхности слышимость резко ухудшится, под водой же этого не отмечается.
Итак, под водой звуки воспринимаются преимущественно путем костной проводимости. Теоретически это объясняется тем, что акустическое сопротивление воды приближается к акустическому сопротивлению тканей человека. Поэтому потери энергии при переходе звуковых волн из воды в кости головы человека меньше, чем в воздухе. Воздушная же проводимость под водой почти исчезает, так как наружный слуховой проход заполнен водой, а небольшая прослойка воздуха возле барабанной перепонки слабо передает звуковые колебания.
Опытами установлено, что костная проводимость на 40% ниже воздушной. Поэтому слышимость под водой в общем ухудшается. Дальность слышимости при костной проводимости звука зависит не столько от силы, сколько от тональности: чем выше тон, тем дальше слышен звук.
Звуки, издаваемые под водой, обычно не слышны на поверхности, так же как под водой не слышно звуков извне. Для восприятия подводных звуков необходимо хотя бы частично погрузиться. Если войти в воду по колени, начинаешь воспринимать звук, который до этого не был слышен. По мере погружения громкость увеличивается. Особенно хорошо слышно при погружении головы.
Для подачи звуковых сигналов с поверхности обязательно нужно опустить источник звука в воду хотя бы наполовину, и сила звука изменится. Ориентировка под водой по слуху крайне затруднена. В воздушной среде звук приходит в одно ухо раньше на 0,00003 сек., чем в другое. Это позволяет определить нахождение источника звука с ошибкой всего в 1—3°. Под водой же звук одновременно воспринимается обоими ушами и поэтому четкого, направленного восприятия не происходит. Ошибка в ориентировке бывает 180°.
В специально поставленном опыте только отдельные легкие водолазы после долгих блужданий и. поисков выходили к месту расположения источника звука, находившегося от них в 100—150 м. Отмечено, что систематические тренировки в течение длительного времени позволяют выработать способность довольно точно ориентироваться по звуку под водой. Однако как только тренировка прекращается, ее результаты сводятся на нет.
из книги «Человек под водой» авторы: Печатин А.А. Суровикин В.Д. Фадеев В.Г. ДОСААФ Москва-1967г
Спиннинг Westin WE 3776 Dropshot
Разгадана тайна быстрого звука в воде
Эксперименты итальянских физиков позволили наконец-то дать окончательное объяснение явлению быстрого звука в воде. Из двух существующих сегодня теорий — вискоэластичной и двухкомпонентной — эти эксперименты подтвердили первую и опровергли вторую.
В обычных условиях скорость звука в воде составляет примерно 1,5 километра в секунду и не зависит от частоты звуковой волны. Однако уже давно известно, что ультразвуковые колебания с частотой несколько терагерц (1 терагерц = 10 12 Гц) распространяются в воде со скоростью примерно вдвое большей. Это явление было открыто экспериментально 20 лет назад, намеки на него появлялись и при численном моделировании динамики воды на атомарном уровне, но несмотря на всё это общепринятого его объяснения до сих пор не было. Только сейчас, благодаря экспериментам итальянских физиков, опубликованных в статье S. C. Santucci et al., Physical Review Letters, 97, 225701 (27 November 2006), в природе этого явления расставлены все точки над «i» (статья доступна также на сайте авторов, PDF, 274 Кб).
Сразу стоит подчеркнуть, что опыты со столь высокочастотным ультразвуком ставить очень непросто. Акустические излучатели в этом диапазоне пока не придуманы, и потому физикам приходится определять скорость такого ультразвука косвенными методами. Для этого воду облучают потоком нейтронов или рентгеновских лучей, которые, сталкиваясь с молекулами воды, порождают в микроскопическом объемчике быстрые колебания и передают им часть своей энергии и импульса. Из соотношения этих двух величин и выводится скорость распространения звуковых колебаний.
На сегодня существует две основных теории, претендующих на объяснение этого явления. В соответствии с первой, для звука всё более высокой частоты вода становится всё более упругой и всё менее подвижной средой (такие среды называются вискоэластиками). В результате колебания с такой высокой частотой распространяются скорее через упругую, почти твердую среду, а в твердом теле скорость звука выше, чем в жидкости (скорость звука во льду, например, как раз и составляет примерно 3 км/сек).
Вторая теория основана на том факте, что вода состоит из переплетенной сети ионов двух типов: очень легких ионов водорода и тяжелых ионов кислорода. Вычисления показывают, что часто в таких двухкомпонентных средах с сильно различающимися массами существует специальный тип быстрых звуковых волн, которые распространяются исключительно через сеть легких атомов. Эта теория уже хорошо себя зарекомендовала для описания быстрого звука в двухкомпонентных газах и металлических сплавах, и потому кажется естественным, что она будет работать и для воды.
Обе эти модели, разумеется, согласуются с описанными выше экспериментами, однако они совершенно по-разному описывают переход от нормального звука к быстрому, который должен происходить при меньших частотах, в гигагерцевом диапазоне. Поэтому для ответа на вопрос, какая из двух моделей верна, требуется измерить зависимость скорости звука от частоты в этой промежуточной области. Дополнительная сложность такого эксперимента состоит в том, что наиболее четко переход от нормального к быстрому звуку проявляется в очень холодной и даже переохлажденной воде (то есть ниже нуля градусов Цельсия). Эксперименты с переохлажденной водой требуют сноровки, поскольку при малейшем возмущении она быстро кристаллизуется.
Именно этот опыт и поставили итальянские физики. Изучая рассеяние оптических и ультрафиолетовых фотонов, они смогли просканировать частотный диапазон звуковых колебаний от 1 до 100 ГГц и впервые получили точные данные о скорости звуковых колебаний в этом диапазоне. Эксперимент абсолютно четко показал, что при повышении частоты (или при понижении температуры) скорость звука действительно постепенно отходит от «нормальной» зависимости и начинает расти (в существовании такого плавного перехода, кстати, мнения тоже разделялись).
Кроме того, авторы статьи сравнили свои данные с предсказаниями обеих моделей и доказали, что эксперимент подтверждает вискоэластичную модель и противоречит выводам двухкомпонентной модели. Таким образом, можно считать, что в многолетнем споре приверженцев двух моделей поставлена точка. В целом же, эта работа лишний раз подчеркивает поразительное разнообразие структурных и динамических свойств воды (для дальнейшего ознакомления см. популярную статью: Ю. И. Головин. Вода и лед — знаем ли мы о них достаточно? // СОЖ, 2000, № 9, с. 66–72).
61 Звук под водой
Скорость распространения звука в воздухе мы уже знаем – примерно триста тридцать метров в секунду. А вот интересно, в воде звук распространяется быстрее или медленнее?
Помните, я рассказывал про прохождение звука через стену? Так вот, чем более плотным является вещество, тем быстрее распространяется звук. Поскольку вода примерно в семьсот раз плотнее воздуха, то и звук должен бежать в воде гораздо быстрее.
Можно проделать очень занятный опыт летом в пруду или в бассейне – да хоть в домашней ванне! Надо на несколько секунд нырнуть под воду и постучать под водой двумя предметами друг об друга: камушками, ложками – чем угодно.
Вы услышите, что звук какой-то странный. Это потому, что ухо не так воспринимает звук под водой. Кроме того, в воздухе и в воде от одинаковых предметов звуковая волна будет различной формы и восприниматься будет по-разному.
Самое интересное, что, например, дельфины спокойно общаются на огромных расстояниях под водой, издавая звуки очень высокой частоты. То есть звуковые волны, колебания которых очень высоки, до двадцати тысяч раз в секунду и даже больше!
Мы же под водой говорить не можем, нам для создания звуков нужен воздух. Остается только изучить азбуку Морзе и перестукиваться камушками!
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Продолжение на ЛитРес
Читайте также
KАK БЕЖИТ ЗВУК
KАK БЕЖИТ ЗВУК Следите внимательно за далеким паровозом, когда он дает свисток. Вы видите струйку пара, появившуюся над паровозом; значит, свисток работает; он должен породить свист, но в первый момент вы не слышите никакого звука: он не успел еще до вас добежать. Лишь
Свет и звук
Свет и звук В этом отношении распространение света похоже не на движение обычных тел, а на явление распространения звука. Звук есть колебательное движение той среды, в которой он распространяется. Поэтому его скорость определяется свойствами среды, а не свойствами
РАБОТА С ТЯЖЕЛОЙ ВОДОЙ
РАБОТА С ТЯЖЕЛОЙ ВОДОЙ 8.55. В предыдущих главах уже упоминалось о преимуществах тяжелой воды в качестве замедлителя. Тяжелая вода лучше, чем графит, замедляет нейтроны и меньше, чем графит, их поглощает. Поэтому возможно построить аггрегат цепной реакции с тяжелой водой и
70 Шутка со стаканом и водой
70 Шутка со стаканом и водой Для опыта нам потребуются: обычный стакан с водой, квадратный кусок плотной бумаги. Это старинный опыт, не я его придумал, но, когда я спрашивал про него знакомых детей и их родителей, оказывается, его мало кто знает. Поэтому я решил тоже
XV. Звук
XV. Звук Звуковые колебания Мы уже сообщили читателю много сведений о колебаниях. Как колеблется маятник, шарик на пружинке, каковы закономерности колебания струны – этим вопросам была посвящена пятая глава книги. Мы не говорили о том, что происходит в воздухе или другой
Слышимый звук
Слышимый звук Какие же звуковые колебания воспринимаются человеком на слух? Оказывается, ухо способно воспринимать лишь колебания, лежащие примерно в интервале от 20 до 20 000 Гц. Звуки с большой частотой мы называем высокими, с малой частотой – низкими.Какие же длины волн
Как звук огибает препятствия
Как звук огибает препятствия Вы находитесь в глубине комнаты во втором этаже и разговариваете. Открыто окно. За окном ваш товарищ. Услышит ли он вас? Да, если вы будете говорить достаточно громко, но все-таки он будет слышать гораздо хуже, чем в том случае, если он влезет на
Как передают звук твердые тела
Как передают звук твердые тела Существует немаловажное различие между передачей звука через жидкие тела и газы, с одной стороны, и через твердые предметы – с другой. Различие это состоит в том, что в твердых телах наряду с продольными волнами могут возникнуть и
Глава вторая На воде и под водой
Глава вторая На воде и под водой Почему киты живут в море? Задолго до того, как появился человеческий род, жили на суше животные таких больших размеров, каких нынешние сухопутные животные не достигают. Особенно крупны били ящеры, один из них – диплодок – имел 22 м в длину,
Весы под водой
Весы под водой Килограммовую гирю можно изготовить и из железа, и из алюминия. Но так как алюминий примерно втрое легче железа, то при одинаковом весе гиря алюминиевая будет по объему втрое больше железной. Поставим на одну чашку весов железный килограмм, на другую –
Человек под водой
Человек под водой Хотя в воде и растворен воздух, но организм наш так устроен, что дышать этим воздухом, как дышат рыбы, мы не можем. Чтобы оставаться под водою, человек должен либо иметь с собою запас воздуха, либо же быть в сообщении с воздухом, который имеется над водою.
2. Читатель узнает, что и пенсы могут служить науке. Что скрывалось за «грязью» в сосуде. Две тысячи метров под водой. Последствие одной аварии. Привидение, которое не возвращается.
2. Читатель узнает, что и пенсы могут служить науке. Что скрывалось за «грязью» в сосуде. Две тысячи метров под водой. Последствие одной аварии. Привидение, которое не возвращается. Одним из первых вступил на долгий и тернистый путь, ведущий к абсолютному нулю температуры,
Распространение света и звука в воде
Видимость под водой в различных условиях. Видимость в воде зависит от прозрачности, освещенности предметов, а также от того, как защищены глаза водолаза.
Морская вода прозрачнее речной. В ней мало взвешенных частиц, рассеивающих световые лучи. В мутной же воде даже в ясный, солнечный день видимость почти отсутствует, а подводный фонарь малоэффективен. В таких условиях водолазу приходится работать на ощупь.
Освещенность предметов в воде зависит также от глубины проникновения солнечных лучей. Известно, что вода плохой проводник света, так как значительная часть лучистой энергии, поглощаемая ею, превращается в тепловую энергию.
В полдень, когда солнце стоит высоко, в воду проникает больше солнечных лучей, чем ранним утром или в часы заката. При небольшом волнении моря видимость в воде резко ухудшена, так как солнечные лучи отражаются от волн и не проникают в глубину.
Некоторые моря отличаются высокой прозрачностью. Например, в Сарагассовом море она более 60, в Средиземном море 50—60, Баренцевом море — 45, Черном море — 28 м, в реках и озерах от 0,5 до 1,5 м.
В прозрачной воде на большой глубине водолаз может хорошо различать предметы на расстоянии 5—6 м. При спуске на глубину до 100 м, предметы видны на расстоянии 1—2 м.
В воде световые лучи сильно рассеиваются и преломляются, острота зрения резко ухудшается. Водолазу все предметы кажутся неясными, в искаженном виде.
Видимость улучшается, если между глазами и водной средой находится воздушная прослойка. Подводный пловец, например, пользуясь полумаской, может различать под водой даже мелкие предметы и видеть показания компаса и т. п.
Это объясняется тем, что находящийся под маской воздух улучшает преломляющую способность хрусталика глаза, так как лучи света проникают в глаз не из воды, а из воздушной прослойки. В маске и в шлеме водолаз видит предметы отчетливо, хотя изображение их не точно: они кажутся ближе, чем в действительности, и несколько увеличенными, примерно на одну треть натуральной величины. Опытные водолазы путем постоянных тренировок приспосабливаются к этим особенностям зрения и довольно точно определяют расстояние до предмета под водой.
Для улучшения видимости под водой применяется искусственное освещение. Однако в условиях мутной воды оно мало приносит пользы.
И, наконец, под водой человек встречается с таким явлением, как резкое изменение цветоощущения. Особенно это относится к синему и зеленому цветам. Лучше других воспринимается белый цвет. Поэтому инструменты, с которыми водолаз работает под водой, рекомендуется окрашивать в белый цвет.
Слышимость в воде. Звук в воде распространяется со скоростью 1400—1500 м/сек., то есть почти в пять раз быстрее, чем на воздухе. Казалось бы и слышимость под водой должна быть хорошей. Однако это не так. Человек под водой слышит хуже, чем на воздухе. Объясняется это особенностями восприятия звука человеком.
Звуковые волны воспринимаются слуховым аппаратом, расположенным во внутреннем ухе, двумя путями: с помощью воздушной и костной проводимостей. При воздушной проводимости звуковые волны передаются через наружный слуховой проход, вызывают колебание барабанной перепонки и через слуховые косточки среднего уха поступают во внутреннее ухо, раздражая окончание слухового нерва. При костной проводимости звуковые колебания передаются в слуховой аппарат костями черепа. Таким образом на поверхности преобладает воздушная, а под водой костная проводимости. Доказано, что костная проводимость на 40% ниже воздушной, а потому и слышимость под водой снижается.
Дальность слышимости при костной проводимости зависит главным образом от тональности: чем выше тон, тем дальше слышен звук.
Звуки, издаваемые на поверхности, не прослушиваются под водой так же, как не слышны подводные звуки на поверхности. Поэтому. чтобы услышать их, необходимо войти в воду хотя бы по колено. Тогда звуковые колебания по костям передадутся костям черепа, а через них во внутреннее ухо. При погружении же головы громкость звука во много раз увеличится.
Что касается ориентировки под водой по слуху, то она крайне затруднена. Дело в том, что в воздухе звук приходит в одно ухо на небольшую долю секунды (0,0001 сек.) раньше, чем в другое. Поэтому человек, может определить направление, откуда происходит звук с небольшой ошибкой 1—3°. Под водой же звук воспринимается почти одновременно обоими ушами, поэтому они не могут уловить разность во временй поступления звука и определить направление на источник звука.
Для того чтобы научиться правильно определять направление звука под водой, нужны длительные и систематические тренировки.
Опытами установлено, что при спусках в снаряжении с резиновым шлемом, плотно облегающим голову водолаза, звуки хорошо слышны. В снаряжении же с металлическим шлемом водолаз слышит звуки плохо, т. к. при прохождении через металлическую оболочку и слой воздуха в шлеме сила звука теряется.
Академия занимательных искусств. Музыка. Вопросы
Почему в воде звуки распространяются лучше, чем на суше?
Задавать вопросы могут авторизованные пользователи
Виолетта Модестовна почему в воде звуки распространяются лучше чем на суше и если скрипка играет под водой то её хорошо слышно?
Ответы
Скорость звука зависит от среды, в которой он распространяется, например, дерево, вода, воздух. Среда переносит звук. В воде скорость звука выше, чем в воздухе. Между прочим, чем выше температура, тем быстрее распространяется звук.
Иногда люди думают, что чем звук сильнее, тем выше его скорость, а если он слабый, то и скорость его невелика. Но это не так. Можно проверить зависит ли скорость звука от среды: например, ударьте двумя камнями друг о друга в воздухе, а потом, то же самое сделайте под водой и сразу станет понятно, что под водой звук распространяется лучше.
Скорость звука в воде почти в 4 раза выше, чем скорость звука в воздухе. Источник звука — это вибрация, очень быстрые движения, напоминающие волну, которые идут от предмета, издающего звуки к нашему уху. То есть предмет вибрирует (издаёт звуки) и при этом надавливает на крохотные частички, которые в этот момент находятся с ним рядом, и частички эти сжимаются и как бы соединяются. Когда предмет перестает издавать звуки, то давление на частички ослабевает. Это и называется звуковой волной. Посылая звуковой сигнал подводным динамиком, например, получая ответный сигнал, как эхо со дна моря, можно узнать глубину воды под судном. А если посылать звуковые сигналы прямо, можно узнать нахождение соседнего судна или подводных скал.