Версия 11:37, 15 февраля 2015

История развития науки

Гидроакустика — сравнительно молодая наука, быстро развивающаяся в настоящее время и имеющая, несомненно, большое будущее. Ее появлению предшествовал долгий путь развития теоретической и прикладной акустики. Первые сведения о проявлении интереса человека к распространению звука в воде мы находим в записках известного ученого эпохи Возрождения Леонардо да Винчи:

«Если ты, будучи на море, опустишь в воду отверстие трубы, а другой ее конец приложишь к уху, то услышишь идущие вдали корабли*.

Первые измерения расстояния посредством звука произвел русский исследователь академик Я. Д. Захаров. Он совершил 30 июня 1804 г. полет на воздушном шаре с научной целью и в этом полете воспользовался отражением звука от поверхности земли для определения высоты полета. Находясь в корзине шара, он громко крикнул в рупор, направленный вниз. Через 10 сек пришло отчетливо слышное эхо. Отсюда Захаров заключил, что высота шара над землей равнялась приблизительно 5 х 334 = 1670 м. Этот способ лег в основу радио и гидролокации.

Наряду с разработкой теоретических вопросов в России проводились практические исследования явлений распространения звуков в море. Адмирал С. О. Макаров в 1881 — 1882 гг. предложил использовать для передачи информации о скорости течения под водой прибор, названный флюктометром. Этим было положено начало развитию новой отрасли науки и техники — гидроакустической телеметрии.

Толчком к развитию гидроакустики послужила первая мировая война. Во время воины страны Антанты несли большие потери торгового и военного флота из-за действия немецких подводных лодок. Возникла необходимость в поиске средств борьбы с ними. Вскоре они были найдены. Подводную лодку в подводном положении можно услышать по шуму, создаваемому гребными винтами и работающими механизмами. Прибор, обнаруживающий шумящие объекты и определяющий их местонахождение, был назван шумопеленгатор. Французский физик П. Ланжевен в 1915 г. предложил использовать чувствительный приемник из сегнетовой^[1] соли для первой шумопеленгаторной станции.

234

3453245

Гидроакустика занимается вопросом генерирования, передачи, приёма и использования природного звука. Поскольку радио- и световые волны в большой степени поглощаются водами океанов, а звуковые волны практически не поглощаются, звук используется для зондирования дна океанов, определения местонахождения различных объектов в океанах, исследования природы донных отложений и как средство связи.

Самым ранним использованием подводного звука была установка под плавучие маяки и бакены колоколов, погруженных в воду. В период плохой видимости звук этих колоколов можно было обнаружить на больших расстояниях при помощи гидрофонов, устанавливаемых в корпусе судна.

В 1912 г. Томас Грин Фессенден разработал электромагнитный источник звука, который позволил осуществить связь между судами путём подводной сигнализации с помощью азбуки Морзе. Разработка эхолота явилась другим примером раннего использования гидроакустики. В 1937 году впервые был применен новый метод измерения глубин, основаный на эффекте отражения звукового сигнала от дна.

Измерения глубин эхолотом изменили прежние представления ученых о рельефе дна океана. Почти все промеры сейчас проводятся эхолотами, а сам метод получил название эхолотирования. Скорость распространения звуковых сигналов обычна равна 1460 м/с. Для точного измерения глубин совершенно необходимо иметь источник колебаний со строго определённой периодичностью посылки звуковых сигналов. В противном случае незначительные отклонения в периодичности посылки сигнала и изменения напряжения питания могут повлиять на синхронность работы самописца, что повлечёт за собой существенные погрешности в определении времени между прямым и отраженным звуковым импульсом на эхограмме.

Большинство применяемых сейчас эхолотов снабжено встроенными стабилизаторами частоты посылки сигналов, что обеспечивает стабильное управляющее напряжение самописцам; в результате достигается почти 100% точность измерения. Метод эхолотирования не позволяет с такой же точностью получать абсолютные глубины, поскольку скорость прохождения звука через толщу воды для разных глубин различна. Тем не менее повторное зондирование при изменении частоты сигналов должно показать те же самые величины.

Ошибки иного рода при эхолотировании ( в старых моделях эхолотов ) происходят из-за того, что луч, посылаемый эхолотом, распространяется не в виде узкого вертикального пучка, а в виде конуса с телесным углом около 30 °. В результате в тех случаях, когда проводится зондирование крутых склонов, сигнал обычно отражается от ближайшей к судну точки на склоне, а не от поверхности дна строго под судном. Эхолот измеряет глубину воды под корпусом судна путём хронометрирования эха коротких звуковых импульсов, отражающихся от дна океана. Первоначально основными задачами гидроакустики были обнаружение подводных лодок, определение дальности распространения звука и т.д. В настоящее время гидроакустика является областью прикладных и научных исследований. Преломление и отражение звука используются геофизиками и морскими геологами для использования глубинной структуры океанического дна ( сейсмическое профилирование ) и составления карт дна океанов ( измерения эхолотом ). Биологи моря изучают звуки, издаваемые различными формами морской фауны.

Скорость распространения звука равна квадратному корню из отношения сжимаемости морской воды к её плотности и в океанах зависит от температуры, солёности и давления (глубины ). Основное влияние на скорость звука оказывает температура. Скорость звука в морской воде колеблется от 1450 до 1570 м/c; она увеличивается с увеличением температуры на переменную величину, составляющую примерно 4,5 м/c на 1°С; она также увеличивается на 1,3 м/c по мере возрастания солёности воды на 1 0/00 , и, наконец, она увеличивается с глубиной на 1,70 м/c на 100 м.

Области применения

Гидроакустика получила широкое практическое применение, поскольку ещё не создано эффективной системы передачи электромагнитных волн под водой на сколько-нибудь значительном расстоянии, и звук поэтому является единственным возможным средством связи под водой. Для этих целей пользуются звуковыми частотами от 300 до 10000 гц и ультразвуками от 10000 гц и выше. В качестве излучателей и приёмников в звуковой области используются электродинамические и пьезоэлектрические излучатели и гидрофоны, а в ультразвуковой — пьезоэлектрические и магнитострикционные.

Наиболее существенные применения гидроакустики:

• Для решения военных задач;
• Морская навигация;
• Звукоподводная связь;
• Рыбопоисковая разведка;
• Океанологические исследования;
• Сферы деятельности по освоению богатств дна Мирового океана;
• Использование акустики в бассейне (дома или в тренировочном центре по синхронному плаванию)
• Тренировка морских животных.

Примечания

1. ↑ Сегнетова соль — это двойная натриево-калиевая соль винной кислоты с четырьмя молекулами кристаллизационной воды, обозначаемая химической формулой NaKC4H406 + 4H20.