تختلف خصائص انتقال الصوت في الماء عن انتقاله في الهواء أو الأوساط الأخرى ، حيث ينتقل الصوت أسرع بنحو أربع إلى خمس مرات من انتقاله في الهواء ، فالميكانيكا الفيزيائية الحيوية للنظام السمعي البشري تجعل إدراك الصوت أكثر صعوبة تحت الماء. أثناء الغمر ، تكون كثافة طبلة الأذن قريبة جدًا من كثافة الماء لإعاقة الموجة الصوتية.
بدلاً من ذلك ، توفر الجمجمة لدينا مقاومة فيزيائية وتحمل الاهتزازات إلى كلتا الأذنين الداخليتين عبر التوصيل العظمي وتمكن من إدراك الصوت ، ولكن في حالة فقدان الاتجاه.
نظرًا لسوء السمع تحت الماء ، ابتكر البشر آلات تغلبت واستفادت من خصائص انتقال الصوت في الماء إلى ما هو أبعد مما مكنتنا الطبيعة .
تاريخ البحث في الصوتيات تحت الماء
تم إجراء أبحاث الصوتيات تحت الماء منذ أوائل القرن التاسع عشر في عام 1826 ، استخدم الفيزيائي السويسري جان دانيال كولادين وعالم الرياضيات الفرنسي تشارلز فرانسوا ستورم جهاز الجرس لقياس سرعة الصوت في مياه بحيرة جنيف بسويسرا ، والتي أسفرت عن قيمة تبلغ 1435 م / ث عند 8 درجات مئوية ، تأتي في حدود 2٪ من القيم المقبولة حاليًا .
خصائص انتشار الصوت تحت الماء
منذ بدايات الأبحاث في الصوتيات تحت الماء في القرن التاسع عشر ، بدأ الباحثون في رؤية تقلبات انتشار الصوت تحت الماء ، مقارنة بالهواء ، له لزوجة أعلى ، وسعة حرارية ، وموصلية الموجات الصوتية الأعلى.
تجعل هذه الخصائص انتشار الصوت أكثر تعقيدًا ، لا سيما في أنظمة الحياة الواقعية مثل المحيط.
1. سرعة الصوت تحت الماء
إن السرعة المقبولة للصوت في الهواء هي 340 م / ث ، اما سرعة الصوت تحت الماء يصعب التأكد منها لأن سرعة الصوت تتأثر بدرجة كبيرة بدرجة الحرارة ، والشوائب الذائبة (الملوحة عادةً) ، والضغط الهيدروستاتيكي ، وكثافة الكتلة.
وجد باحثون أمريكيون أيضًا أن اشتقاق سرعة الصوت في المحيط يزداد تعقيدًا بسبب وجود تدرج سرعة الصوت المتأثر بتباين درجات الحرارة ومستويات الضغط في أنظمة المحيطات.
يظهر مثال خاص لتدرج سرعة الصوت في الخط الحراري ، وهي منطقة رقيقة من الماء تنخفض فيها درجة الحرارة بسرعة مع العمق بين منطقة السطح أعلاه أو المنطقة العميقة أدناه.
يتأثر عمق وسمك طبقة الخط الحراري بالتسخين والتبريد لمنطقة السطح خلال النهار ، وتغير الفصول ، وتغيرات الطقس ، والظروف البيئية المحلية .
2. تغييرات الترددات العامة تحت الماء
من المعروف أيضًا أن الماء يتلاعب بمحتوى تردد الموجة الصوتية عدد مرات حدوث حدث متكرر لكل وحدة زمنية ، مع الماء أو بدون ملوثات مثل فقاعات الهواء ، هو إلى حد ما غير خطي.
أي أن التغير في الكثافة الناتج عن تغيير ضغط الموجة الصوتية في الماء لا يتناسب خطيًا مع التغير في الضغط تحدث الترددات المختلفة عن تردد الإدخال عند الخرج.
بالنسبة للموجات الصوتية الجيبية ، تم العثور على مجموعة متنوعة من الترددات الإضافية في الماء .
3. التشتت والانعكاس في سطح الماء
يمكن أن يصيب عدم الخطية للموجات الصوتية في الماء جزئيًا إلى التشتت ، وهي عملية فيزيائية يتم فيها إجبار أي شكل من أشكال الإشعاع مثل الضوء أو الصوت أو الجسيمات المتحركة على الانحراف عن مساره الثابت بسبب وجود عدم انتظام في الوسيط الذي يمرون من خلاله .
تشمل أنواع عدم الانتظام في الماء جزيئات مثل الملح والحطام وفقاعات الهواء والفقاعات الدقيقة والقطرات وتقلبات الكثافة في السوائل. إلى جانب الجسيمات الدقيقة ، يمكن أن يعمل سطح البحر المتذبذب أيضًا كـ “مشتت”. على سطح الماء الأملس ، يشكل الماء عاكسًا مثاليًا تقريبًا للصوت ؛ عندما يكون السطح خشنًا ، يعمل السطح كمشتت ، “يرسل طاقة غير متماسكة في جميع الاتجاهات” .
4. التشتت والانعكاس في قاع البحر
يمكن أيضًا ملاحظة التشتت في قاع البحر. في أبسط نموذج مع واجهة مستوية ، في المعلمات السفلية الثلاثة التي تحدد فقدان الانعكاس هي الكثافة ، وسرعة الصوت ، ومعامل التوهين ، وهي الكمية المتعلقة بمسامية الرواسب.
لكن قاع المحيط ليس مستويًا تمامًا ؛ يحدث به كل من التشتت والانعكاس .
- sites.dartmouth
- Image by Prettysleepy from Pixabay
