समुद्र का पानी एक ध्वनिक रूप से अमानवीय माध्यम है। समुद्री जल की विविधता में गहराई के साथ घनत्व में परिवर्तन, पानी में गैस के बुलबुले, निलंबित कण और प्लवक की उपस्थिति शामिल है। इसलिए फैल गया समुद्री जल में ध्वनिक कंपन (ध्वनि) एक जटिल घटना है जो घनत्व वितरण (तापमान, लवणता, दबाव), समुद्र की गहराई, मिट्टी की प्रकृति, समुद्र की सतह की स्थिति, निलंबित अशुद्धियों के साथ पानी की गंदगी पर निर्भर करती है। कार्बनिक और अकार्बनिक मूल और विघटित गैसों की उपस्थिति।

व्यापक अर्थ में ध्वनि एक लोचदार माध्यम के कणों की दोलन गति है, जो गैसीय, तरल या ठोस मीडिया में तरंगों के रूप में फैलती है; एक संकीर्ण अर्थ में, मनुष्यों और जानवरों की एक विशेष इंद्रिय द्वारा व्यक्तिपरक रूप से समझी जाने वाली एक घटना। एक व्यक्ति 16 Hz से 16-20×10 3 Hz की आवृत्ति वाली ध्वनि सुनता है . ध्वनि की भौतिक अवधारणा में श्रव्य और अश्रव्य दोनों प्रकार की ध्वनियाँ शामिल हैं। 16 हर्ट्ज से कम आवृत्ति वाली ध्वनि इन्फ्रासाउंड कहा जाता है , 20 ×10 3 हर्ट्ज़ से ऊपर - अल्ट्रासाउंड ; 10 9 से 10 12 -10 13 हर्ट्ज की सीमा में उच्चतम आवृत्ति ध्वनिक कंपन को देखें हाइपरसाउंड

पानी में ध्वनि का प्रसार ध्वनि तरंग की गति की दिशा में पानी के आवधिक संपीड़न और विरलन को दर्शाता है। जल के एक कण से दूसरे कण में दोलन गति के संचरण की गति ध्वनि की गति कहलाती है. तरल पदार्थ और गैसों के लिए ध्वनि की गति का सैद्धांतिक सूत्र है: c =, जहां α विशिष्ट आयतन है, γ = - स्थिर दबाव c p पर पानी की ऊष्मा क्षमता का स्थिर आयतन c v पर पानी की ऊष्मा क्षमता का अनुपात, लगभग एकता के बराबर, k समुद्री जल का वास्तविक संपीड़न गुणांक है।

पानी के तापमान में वृद्धि के साथ, विशिष्ट मात्रा में वृद्धि और संपीड़न गुणांक में कमी के कारण ध्वनि की गति बढ़ जाती है। इसलिए, ध्वनि की गति पर तापमान का प्रभाव अन्य कारकों की तुलना में सबसे अधिक होता है। जब पानी की लवणता बदलती है, तो विशिष्ट आयतन और संपीड्यता गुणांक भी बदल जाता है। लेकिन इन परिवर्तनों से ध्वनि की गति में सुधार के अलग-अलग संकेत हैं। अतः ध्वनि की गति पर लवणता में परिवर्तन का प्रभाव तापमान के प्रभाव से कम होता है। हाइड्रोस्टेटिक दबाव ध्वनि की गति में केवल ऊर्ध्वाधर परिवर्तन को प्रभावित करता है; ध्वनि की गति गहराई के साथ बढ़ती है।

ध्वनि की गति ध्वनि स्रोत की शक्ति पर निर्भर नहीं करती है।

एक सैद्धांतिक सूत्र का उपयोग करके, तालिकाएँ संकलित की गई हैं जो पानी के तापमान और लवणता के आधार पर ध्वनि की गति निर्धारित करना और दबाव के लिए इसे सही करना संभव बनाती हैं। हालाँकि, सैद्धांतिक सूत्र ध्वनि की गति का मान देता है जो मापी गई गति से औसतन ±4 m·s -1 भिन्न होता है। इसलिए, व्यवहार में, अनुभवजन्य सूत्रों का उपयोग किया जाता है, जिनमें से सूत्र सबसे व्यापक हैं डेल ग्रोसो और डब्ल्यू. विल्सन, कम से कम त्रुटियां सुनिश्चित करना।

डेल ग्रोसो सूत्र का उपयोग करके गणना की गई ध्वनि की गति में त्रुटि 15‰ से अधिक लवणता वाले पानी के लिए 0.5 m·s -1 और 15‰ से कम लवणता वाले पानी के लिए 0.8 m·s -1 से अधिक नहीं होती है। ‰.

1960 में उनके द्वारा प्रस्तावित विल्सन का फार्मूला, डेल ग्रोसो के फार्मूले की तुलना में अधिक सटीकता देता है। यह सीटू में सशर्त विशिष्ट मात्रा की गणना के लिए बर्कनेस फॉर्मूला के निर्माण के सिद्धांत पर बनाया गया है और इसका रूप है:

सी = 1449.14 + δс पी + δс टी + δс एस + δс एसटीपी ,

जहां δс p दबाव के लिए सुधार है, δс t तापमान के लिए सुधार है, δс s लवणता के लिए सुधार है और δс stp दबाव, तापमान और लवणता के लिए कुल सुधार है।

विल्सन के सूत्र का उपयोग करके ध्वनि की गति की गणना करने में मूल-माध्य-वर्ग त्रुटि 0.3 m·s -1 है।

1971 में, टी, एस और पी के मापा मूल्यों और थोड़े अलग सुधार मूल्यों से ध्वनि की गति की गणना के लिए एक और सूत्र प्रस्तावित किया गया था:

सी = 1449.30 + δс पी + δс टी + δс एस + δс एसटीपी ,

इको साउंडर से गहराई मापते समय, परतों पर औसत ध्वनि की गति की गणना की जाती है, जिसे ध्वनि की ऊर्ध्वाधर गति कहा जाता है। यह एसटीपी वाले सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है
,

जहाँ c i, h i मोटाई की परत में ध्वनि की औसत गति है .

13 0 C के तापमान, 1 atm के दबाव और 35‰ की लवणता पर समुद्री जल में ध्वनि की गति 1494 m s -1 के बराबर है; जैसा कि पहले ही संकेत दिया गया है, यह बढ़ते तापमान (3 m s -1 प्रति 1 0 C), लवणता (1.3 m s -1 प्रति 1 ‰) और दबाव (0.016 m s -1 प्रति 1 m गहराई) के साथ बढ़ता है। यह वायुमंडल में ध्वनि की गति से लगभग 4.5 गुना अधिक है (334 m s -1)। विश्व महासागर में ध्वनि की औसत गति लगभग 1500 m s -1 है, और इसकी परिवर्तनशीलता की सीमा समुद्र की सतह पर 1430 से 1540 m s -1 तक है और 7 किमी से अधिक की गहराई पर 1570 से 1580 m s -1 तक है।

ध्वनि तरंगें समुद्री जल में कंपन या दबाव तरंगों के रूप में यात्रा करती हैं। ये यांत्रिक अनुदैर्ध्य तरंगें हैं। समुद्री जल जैसे लोचदार माध्यम में, वे कणों का आवधिक संपीड़न और विरलन उत्पन्न करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप प्रत्येक कण तरंग प्रसार की दिशा के समानांतर चलता है। किसी माध्यम की लोच को तरंग ध्वनिक प्रतिरोध की विशेषता होती है, जिसे माध्यम के घनत्व और ध्वनि तरंगों के प्रसार की गति के उत्पाद के रूप में परिभाषित किया जाता है। यह अनुपात हमें माध्यम की कठोरता का अनुमान लगाने की अनुमति देता है, जो समुद्र के पानी के लिए हवा की तुलना में 3500 गुना अधिक है। इसलिए, समुद्र के पानी में हवा के समान दबाव बनाने के लिए बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

लोचदार अनुदैर्ध्य तरंगों के प्रसार की गति ध्वनि की गति है। समुद्री जल में ध्वनि की गति 1450 से 1540 मीटर/सेकेंड तक होती है। 16 से 20,000 हर्ट्ज की दोलन आवृत्ति के साथ, उन्हें मानव कान द्वारा माना जाता है। श्रव्यता की सीमा से ऊपर के कंपन को कहा जाता है अल्ट्रासाउंड", अल्ट्रासाउंड के गुण इसकी उच्च आवृत्ति और छोटी तरंग दैर्ध्य द्वारा निर्धारित होते हैं। श्रव्यता की सीमा से नीचे की आवृत्ति वाले कंपन कहलाते हैं इन्फ्रासाउंड. समुद्री वातावरण में ध्वनि तरंगें प्राकृतिक और कृत्रिम स्रोतों से उत्तेजित होती हैं। पूर्व में, समुद्री लहरें, हवा, समुद्री जानवरों का संचय और उनकी आवाजाही, विचलन और अभिसरण के क्षेत्रों में पानी की हलचल, भूकंप आदि एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। विस्फोट, जहाजों की आवाजाही, बड़े पैमाने पर वैज्ञानिक अनुसंधान प्रासंगिक प्रोफ़ाइल, और कुछ प्रकार के उत्पादन को मानव गतिविधि का नाम दिया जा सकता है।

समुद्री जल में ध्वनि तरंगें अलग-अलग गति से चलती हैं। यह कई कारकों पर निर्भर करता है, जिनमें सबसे महत्वपूर्ण हैं गहराई (दबाव), तापमान, लवणता, जल स्तंभ की आंतरिक संरचना, घनत्व का असमान वितरण, गैस के बुलबुले, निलंबित कण और समुद्री जीवों का संचय। ध्वनि प्रसार की गति समुद्र की सतह की तेजी से बदलती स्थिति, नीचे की स्थलाकृति और संरचना से भी प्रभावित होती है।

चावल। 72. सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर तापमान और लवणता के आधार पर ध्वनि की गति में परिवर्तन (ए)और O°C पर दबाव और लवणता पर

35%ओ ( बी)(127 प्रत्येक|)

नीचे की तलछट. सूचीबद्ध कारक अमानवीय ध्वनिक क्षेत्र बनाते हैं, जो ध्वनि तरंगों के प्रसार और गति की विभिन्न दिशाओं को जन्म देते हैं। ध्वनि तरंगों के प्रसार की गति पर सबसे अधिक प्रभाव दबाव, तापमान और समुद्री जल की लवणता से पड़ता है। ये विशेषताएँ संपीड़ितता गुणांक निर्धारित करती हैं, और इसके उतार-चढ़ाव से ध्वनि प्रसार की गति में परिवर्तन होता है। बढ़ते तापमान के साथ, समुद्र के पानी की विशिष्ट मात्रा बढ़ जाती है, और संपीड़ितता गुणांक कम हो जाता है, और इससे ध्वनि की गति में वृद्धि होती है। सतही जल में, ओडो 5° से तापमान में वृद्धि के साथ, ध्वनि की गति में लगभग 4.1 मीटर/सेकेंड, 5 से 10° तक - 3.6 मीटर/सेकेंड और 30 डिग्री सेल्सियस पर - केवल 2.1 मीटर/सेकेंड की वृद्धि होती है। के साथ .

तापमान, लवणता और गहराई (दबाव) में एक साथ वृद्धि के साथ ध्वनि की गति बढ़ जाती है। निर्भरता इन मापदंडों के मूल्यों में एक रैखिक परिवर्तन द्वारा व्यक्त की जाती है (चित्र 72)। यह स्थापित किया गया है कि लवणता में 1% s और दबाव में 100 dbar की वृद्धि से ध्वनि की गति क्रमशः 1.2 और 1.6 m/s बढ़ जाती है। मेज से 30, जो ध्वनि की गति पर तापमान और लवणता के प्रभाव पर डेटा प्रस्तुत करता है, यह बताता है कि एक ही तापमान पर लवणता में वृद्धि के साथ ध्वनि की गति में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। यह वृद्धि समुद्र के पानी के तापमान और लवणता में एक साथ वृद्धि के साथ विशेष रूप से ध्यान देने योग्य है।

यदि पानी का तापमान गहराई के साथ थोड़ा बदलता है, जैसा कि लाल सागर और वेडेल सागर में होता है, तो विश्व महासागर के अधिकांश अन्य क्षेत्रों में ध्वनि की गति 700 से 1300 मीटर तक तेज कमी के बिना बढ़ जाती है , इस गहराई सीमा में ध्वनि की गति में उल्लेखनीय कमी देखी गई है (चित्र 73)।

तालिका 30

समुद्री जल में ध्वनि प्रसार की गति (एम/एस) लवणता और तापमान पर निर्भर करती है

(तालिका का सरलीकृत संस्करण। 1.41 1511)

जल स्तंभ में ध्वनि की गति में परिवर्तन का क्रम क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर दिशाओं में समान नहीं है। क्षैतिज दिशा में यह ऊर्ध्वाधर दिशा से लगभग एक हजार गुना छोटा है। जैसा कि एल.एम. ने उल्लेख किया है। ब्रेखोवस्किख और यू.पी. लिसानोव, अपवाद गर्म और ठंडी धाराओं के अभिसरण के क्षेत्र हैं, जहां ये ढाल तुलनीय हैं।

चूँकि तापमान और लवणता गहराई पर निर्भर नहीं करती, ऊर्ध्वाधर ढाल एक स्थिर मान है। 1450 मीटर/सेकेंड की ध्वनि की गति पर, यह 0.1110 -4 मीटर~" के बराबर है।

जल स्तंभ का दबाव ध्वनि प्रसार की गति पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। ध्वनि की गति गहराई के साथ बढ़ती जाती है। यह तालिका से स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है। 31, जो ध्वनि की गति से लेकर गहराई तक के लिए सुधार प्रदान करता है।

पानी की सतह परत में गहराई के लिए ध्वनि गति सुधार 0.2 मीटर/सेकेंड है, और 900 मीटर की गहराई पर यह 15.1 मीटर/सेकेंड है, यानी। 75 गुना बढ़ जाता है. जल स्तंभ की गहरी परतों में

ध्वनि की गति के लिए सुधार बहुत छोटा हो जाता है और बढ़ती गहराई के साथ इसका मूल्य धीरे-धीरे कम हो जाता है, हालांकि निरपेक्ष रूप से यह महत्वपूर्ण है

चावल। 73. विश्व महासागर के कुछ क्षेत्रों में गहराई के साथ ध्वनि की गति में परिवर्तन (इंच) सतह परत में ध्वनि की गति के सुधार से अधिक है। उदाहरण के लिए, 5000 मीटर की गहराई पर यह सतह परत की तुलना में 443 गुना अधिक है।

तालिका 31

गहराई तक ध्वनि की गति (एम/एस) का सुधार

(तालिका का सरलीकृत संस्करण। 1.42 151 ])

गहराई, मी	गहराई, मी

लंबी दूरी पर, ध्वनि ऊर्जा केवल कोमल किरणों के साथ यात्रा करती है जो पूरे रास्ते में समुद्र तल को नहीं छूती हैं। इस मामले में, ध्वनि प्रसार की सीमा पर पर्यावरण द्वारा लगाई गई सीमा समुद्री जल में इसका अवशोषण है। अवशोषण का मुख्य तंत्र पानी में घुले लवणों के आयनों और अणुओं के बीच थर्मोडायनामिक संतुलन की एक ध्वनिक तरंग द्वारा गड़बड़ी के साथ होने वाली विश्राम प्रक्रियाओं से जुड़ा है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ध्वनि आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला में अवशोषण में मुख्य भूमिका मैग्नीशियम सल्फर नमक MgSO4 की है, हालांकि प्रतिशत के संदर्भ में समुद्री जल में इसकी सामग्री बहुत कम है - उदाहरण के लिए, NaCl सेंधा नमक से लगभग 10 गुना कम। , जो फिर भी ध्वनि अवशोषण में कोई महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाता है।

आम तौर पर कहें तो समुद्र के पानी में अवशोषण, ध्वनि आवृत्ति जितनी अधिक होती है। 3-5 से कम से कम 100 किलोहर्ट्ज़ तक की आवृत्तियों पर, जहां उपरोक्त तंत्र हावी है, अवशोषण लगभग 3/2 की शक्ति की आवृत्ति के समानुपाती होता है। कम आवृत्तियों पर, एक नया अवशोषण तंत्र सक्रिय होता है (संभवतः पानी में बोरॉन लवण की उपस्थिति के कारण), जो सैकड़ों हर्ट्ज़ की सीमा में विशेष रूप से ध्यान देने योग्य हो जाता है; यहां अवशोषण का स्तर असामान्य रूप से ऊंचा है और घटती आवृत्ति के साथ काफी धीरे-धीरे गिरता है।

समुद्री जल में अवशोषण की मात्रात्मक विशेषताओं की अधिक स्पष्ट रूप से कल्पना करने के लिए, हम ध्यान दें कि इस प्रभाव के कारण, 100 हर्ट्ज की आवृत्ति वाली ध्वनि 10 हजार किमी के पथ पर 10 बार क्षीण हो जाती है, और 10 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति के साथ - एक पर केवल 10 किमी की दूरी (चित्र 2)। इस प्रकार, लंबी दूरी के पानी के भीतर संचार, पानी के नीचे की बाधाओं का लंबी दूरी तक पता लगाने आदि के लिए केवल कम आवृत्ति वाली ध्वनि तरंगों का उपयोग किया जा सकता है।

चित्र 2 - वे दूरियाँ जिन पर समुद्र के पानी में फैलते समय विभिन्न आवृत्तियों की ध्वनियाँ 10 गुना क्षीण हो जाती हैं।

20-2000 हर्ट्ज की आवृत्ति रेंज के लिए श्रव्य ध्वनियों के क्षेत्र में, पानी के नीचे मध्यम-तीव्रता वाली ध्वनियों की प्रसार सीमा 15-20 किमी तक पहुंचती है, और अल्ट्रासाउंड क्षेत्र में - 3-5 किमी।

पानी की छोटी मात्रा में प्रयोगशाला स्थितियों में देखे गए ध्वनि क्षीणन मूल्यों के आधार पर, कोई भी काफी अधिक रेंज की उम्मीद कर सकता है। हालाँकि, प्राकृतिक परिस्थितियों में, पानी के गुणों (तथाकथित चिपचिपा क्षीणन) के कारण होने वाले क्षीणन के अलावा, माध्यम की विभिन्न विषमताओं द्वारा इसका बिखराव और अवशोषण भी इसे प्रभावित करता है।

ध्वनि का अपवर्तन, या ध्वनि किरण के पथ की वक्रता, पानी के गुणों में विविधता के कारण होती है, मुख्य रूप से लंबवत, तीन मुख्य कारणों से: गहराई के साथ हाइड्रोस्टैटिक दबाव में परिवर्तन, लवणता में परिवर्तन और असमान के कारण तापमान में परिवर्तन सूर्य की किरणों से जलराशि का गर्म होना। इन कारणों की संयुक्त क्रिया के परिणामस्वरूप, ध्वनि प्रसार की गति, जो मीठे पानी के लिए लगभग 1450 मीटर/सेकंड और समुद्री जल के लिए लगभग 1500 मीटर/सेकंड है, गहराई के साथ बदलती है, और परिवर्तन का नियम समय पर निर्भर करता है। वर्ष का समय, दिन का समय, जलाशय की गहराई और कई अन्य कारण। स्रोत से निकलने वाली ध्वनि किरणें क्षितिज के एक निश्चित कोण पर मुड़ी हुई होती हैं, और मोड़ की दिशा माध्यम में ध्वनि की गति के वितरण पर निर्भर करती है। गर्मियों में, जब ऊपरी परतें निचली परतों की तुलना में अधिक गर्म होती हैं, तो किरणें नीचे की ओर झुकती हैं और ज्यादातर नीचे से परावर्तित होती हैं, जिससे उनकी ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण हिस्सा खो जाता है। इसके विपरीत, सर्दियों में, जब पानी की निचली परतें अपना तापमान बनाए रखती हैं, जबकि ऊपरी परतें ठंडी होती हैं, तो किरणें ऊपर की ओर झुकती हैं और पानी की सतह से कई परावर्तन से गुजरती हैं, जिसके दौरान बहुत कम ऊर्जा नष्ट होती है। इसलिए, सर्दियों में ध्वनि प्रसार की सीमा गर्मियों की तुलना में अधिक होती है। अपवर्तन के कारण तथाकथित मृत क्षेत्र, यानी स्रोत के करीब स्थित क्षेत्र जहां कोई श्रव्यता नहीं है।

हालाँकि, अपवर्तन की उपस्थिति से ध्वनि प्रसार की सीमा में वृद्धि हो सकती है - पानी के नीचे ध्वनियों के अति-लंबी दूरी के प्रसार की घटना। पानी की सतह के नीचे कुछ गहराई पर एक परत होती है जिसमें ध्वनि सबसे कम गति से चलती है; इस गहराई के ऊपर, तापमान में वृद्धि के कारण ध्वनि की गति बढ़ जाती है, और इस गहराई के नीचे, गहराई के साथ हाइड्रोस्टेटिक दबाव में वृद्धि के कारण। यह परत एक प्रकार का पानी के अंदर ध्वनि चैनल है। एक किरण जो अपवर्तन के कारण चैनल की धुरी से ऊपर या नीचे भटक गई है, हमेशा वापस उसी में गिरती है। यदि आप ध्वनि के स्रोत और रिसीवर को इस परत में रखते हैं, तो मध्यम तीव्रता की आवाज़ (उदाहरण के लिए, 1-2 किलोग्राम के छोटे चार्ज के विस्फोट) को भी सैकड़ों और हजारों किमी की दूरी पर रिकॉर्ड किया जा सकता है। पानी के भीतर ध्वनि चैनल की उपस्थिति में ध्वनि प्रसार की सीमा में उल्लेखनीय वृद्धि तब देखी जा सकती है जब ध्वनि स्रोत और रिसीवर आवश्यक रूप से चैनल अक्ष के पास नहीं, बल्कि, उदाहरण के लिए, सतह के पास स्थित होते हैं। इस मामले में, किरणें, नीचे की ओर अपवर्तित होकर, गहरे समुद्र की परतों में प्रवेश करती हैं, जहां वे ऊपर की ओर विक्षेपित हो जाती हैं और स्रोत से कई दसियों किलोमीटर की दूरी पर फिर से सतह पर आ जाती हैं। इसके बाद, किरण प्रसार का पैटर्न दोहराया जाता है और परिणामस्वरूप तथाकथित किरणों का एक क्रम बनता है। द्वितीयक प्रबुद्ध क्षेत्र, जो आमतौर पर कई सौ किमी की दूरी तक खोजे जाते हैं।

उच्च-आवृत्ति ध्वनियों का प्रसार, विशेष रूप से अल्ट्रासाउंड में, जब तरंग दैर्ध्य बहुत छोटा होता है, आमतौर पर पानी के प्राकृतिक निकायों में पाए जाने वाली छोटी असमानताओं से प्रभावित होता है: सूक्ष्मजीव, गैस बुलबुले, आदि। ये विषमताएँ दो तरह से कार्य करती हैं: वे ध्वनि तरंगों की ऊर्जा को अवशोषित और बिखेरती हैं। परिणामस्वरूप, जैसे-जैसे ध्वनि कंपन की आवृत्ति बढ़ती है, उनके प्रसार की सीमा कम होती जाती है। यह प्रभाव पानी की सतह परत में विशेष रूप से ध्यान देने योग्य है, जहां सबसे अधिक असमानताएं हैं। विषमताओं द्वारा ध्वनि का प्रकीर्णन, साथ ही पानी और तल की असमान सतहें, पानी के नीचे प्रतिध्वनि की घटना का कारण बनती हैं, जो एक ध्वनि आवेग के भेजने के साथ होती है: ध्वनि तरंगें, विषमताओं के एक समूह से परावर्तित होती हैं और विलीन हो जाती हैं, जिससे एक को जन्म मिलता है। ध्वनि आवेग का लम्बा होना, जो इसके ख़त्म होने के बाद भी जारी रहता है, बंद स्थानों में देखी जाने वाली प्रतिध्वनि के समान। विशेष रूप से सोनार के लिए जलध्वनिकी के कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए पानी के नीचे प्रतिध्वनि एक काफी महत्वपूर्ण हस्तक्षेप है।

पानी के नीचे की ध्वनियों के प्रसार की सीमा भी तथाकथित द्वारा सीमित है। समुद्र का अपना शोर, जिसकी उत्पत्ति दोहरी है। कुछ शोर पानी की सतह पर लहरों के प्रभाव से, समुद्री लहरों से, लुढ़कते कंकड़ के शोर आदि से आता है। दूसरा भाग समुद्री जीवों से संबंधित है; इसमें मछली और अन्य समुद्री जानवरों द्वारा निकाली गई ध्वनियाँ शामिल हैं।

ध्वनि हमारे जीवन का एक घटक है और लोग इसे हर जगह सुनते हैं। इस घटना पर अधिक विस्तार से विचार करने के लिए, हमें सबसे पहले अवधारणा को समझने की आवश्यकता है। ऐसा करने के लिए, आपको विश्वकोश की ओर रुख करना होगा, जहां लिखा है कि "ध्वनि लोचदार तरंगें हैं जो कुछ लोचदार माध्यम में फैलती हैं और उसमें यांत्रिक कंपन पैदा करती हैं।" सरल शब्दों में, ये किसी भी वातावरण में श्रव्य कंपन हैं। ध्वनि की मुख्य विशेषताएँ इस पर निर्भर करती हैं कि वह क्या है। सबसे पहले, प्रसार की गति, उदाहरण के लिए, पानी में अन्य वातावरणों से भिन्न होती है।

किसी भी ध्वनि एनालॉग में कुछ गुण (भौतिक विशेषताएं) और गुण (मानव संवेदनाओं में इन विशेषताओं का प्रतिबिंब) होते हैं। उदाहरण के लिए, अवधि-अवधि, आवृत्ति-पिच, रचना-समय, इत्यादि।

पानी में ध्वनि की गति हवा की तुलना में बहुत अधिक होती है। नतीजतन, यह तेजी से फैलता है और काफी दूर तक सुना जाता है। ऐसा जलीय पर्यावरण के उच्च आणविक घनत्व के कारण होता है। यह हवा और स्टील से 800 गुना अधिक सघन है। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि ध्वनि का प्रसार काफी हद तक माध्यम पर निर्भर करता है। आइए विशिष्ट संख्याओं पर नजर डालें। इस प्रकार, पानी में ध्वनि की गति 1430 मीटर/सेकेंड है, हवा में - 331.5 मीटर/सेकेंड।

कम-आवृत्ति ध्वनि, उदाहरण के लिए, एक चलते हुए जहाज के इंजन द्वारा उत्पन्न शोर, हमेशा दृश्य सीमा में जहाज के प्रकट होने से कुछ पहले सुनाई देती है। इसकी गति कई बातों पर निर्भर करती है. यदि पानी का तापमान बढ़ता है, तो स्वाभाविक रूप से, पानी में ध्वनि की गति बढ़ जाती है। यही बात पानी की लवणता और दबाव में वृद्धि के साथ भी होती है, जो पानी की गहराई बढ़ने के साथ बढ़ती है। थर्मोकलाइन जैसी घटना की गति पर विशेष भूमिका हो सकती है। ये वे स्थान हैं जहां विभिन्न तापमानों की पानी की परतें होती हैं।

साथ ही ऐसी जगहों पर यह अलग होता है (तापमान में अंतर के कारण)। और जब ध्वनि तरंगें विभिन्न घनत्वों की ऐसी परतों से गुजरती हैं, तो वे अपनी अधिकांश शक्ति खो देती हैं। जब कोई ध्वनि तरंग थर्मोकलाइन से टकराती है, तो यह आंशिक रूप से, या कभी-कभी पूरी तरह से परावर्तित होती है (प्रतिबिंब की डिग्री उस कोण पर निर्भर करती है जिस पर ध्वनि गिरती है), जिसके बाद इस स्थान के दूसरी तरफ एक छाया क्षेत्र बनता है। यदि हम एक उदाहरण पर विचार करें जब एक ध्वनि स्रोत थर्मोकलाइन के ऊपर पानी के शरीर में स्थित है, तो इसके नीचे कुछ भी सुनना न केवल मुश्किल होगा, बल्कि लगभग असंभव होगा।

जो सतह के ऊपर उत्सर्जित होते हैं, पानी में कभी सुनाई नहीं देते। और पानी की परत के नीचे इसका विपरीत होता है: इसके ऊपर कोई आवाज नहीं आती। इसका ज्वलंत उदाहरण आधुनिक गोताखोर हैं। इस तथ्य के कारण उनकी सुनने की क्षमता बहुत कम हो जाती है कि पानी उन पर प्रभाव डालता है, और पानी में ध्वनि की उच्च गति उस दिशा को निर्धारित करने की गुणवत्ता को कम कर देती है जिससे वह चल रही है। यह ध्वनि को समझने की स्टीरियोफोनिक क्षमता को कम कर देता है।

पानी की परत के नीचे, यह सबसे अधिक सिर की खोपड़ी की हड्डियों के माध्यम से मानव कान में प्रवेश करता है, न कि वातावरण की तरह, कान के पर्दे के माध्यम से। इस प्रक्रिया का परिणाम दोनों कानों द्वारा एक साथ इसकी धारणा है। इस समय मानव मस्तिष्क यह भेद नहीं कर पाता कि सिग्नल कहां से आ रहे हैं और कितनी तीव्रता के हैं। चेतना के उद्भव का परिणाम यह होता है कि ध्वनि एक ही समय में सभी ओर से आती हुई प्रतीत होती है, हालाँकि यह मामले से बहुत दूर है।

ऊपर वर्णित के अलावा, पानी में ध्वनि तरंगों में अवशोषण, विचलन और फैलाव जैसे गुण होते हैं। पहला तब होता है जब जलीय वातावरण और उसमें मौजूद लवणों के घर्षण के कारण खारे पानी में ध्वनि की शक्ति धीरे-धीरे ख़त्म हो जाती है। विचलन ध्वनि की उसके स्रोत से दूरी में प्रकट होता है। ऐसा लगता है कि यह प्रकाश की तरह अंतरिक्ष में घुल रहा है और परिणामस्वरूप इसकी तीव्रता काफी कम हो जाती है। और पर्यावरण की सभी प्रकार की बाधाओं और विषमताओं द्वारा फैलाव के कारण दोलन पूरी तरह से गायब हो जाते हैं।

ध्वनि की गति

यदि इसके कणों के यांत्रिक कंपन (संपीड़न और विरलन) समुद्र के पानी में उत्तेजित होते हैं, तो, उनके बीच की बातचीत के कारण, ये कंपन पानी में एक कण से दूसरे कण में एक निश्चित गति से फैलने लगेंगे। साथ।अंतरिक्ष में कंपन के प्रसार की प्रक्रिया कहलाती है लहर।तरल के कण जिनमें तरंग फैलती है, तरंग द्वारा स्थानांतरित नहीं होते हैं; वे केवल अपनी संतुलन स्थिति के आसपास दोलन करते हैं। तरंग प्रसार की दिशा के सापेक्ष कण दोलन की दिशा के आधार पर, उन्हें प्रतिष्ठित किया जाता है अनुदैर्ध्यऔर अनुप्रस्थ तरंगें.जल में केवल अनुदैर्ध्य तरंगें ही उत्पन्न हो सकती हैं, अर्थात वे तरंगें जिनमें तरंग प्रसार की दिशा में कण कंपन होते हैं। अनुदैर्ध्य तरंगें एक लोचदार माध्यम के आयतन विरूपण से जुड़ी होती हैं। अनुप्रस्थ तरंगों (प्रसार की अनुप्रस्थ दिशा में दोलन करने वाले कण) का निर्माण इस तथ्य के कारण पानी में नहीं होता है कि वे केवल एक ऐसे माध्यम में उत्पन्न होते हैं जो कतरनी विरूपण का विरोध कर सकता है। जल में यह गुण नहीं है।

ध्वनि तरंगेंपानी में फैलने वाले कमजोर विक्षोभों को छोटे आयाम वाले दोलन कहा जाता है।

ध्वनि तरंगों के प्रसार की प्रक्रिया (ध्वनि की गति),दोलनों की उच्च आवृत्ति के कारण, यह रुद्धोष्म है, अर्थात, ऊष्मा विनिमय के साथ नहीं। इस संबंध में, ध्वनिक दृष्टिकोण से, समुद्री जल एक आदर्श गैस के समान है। हवा के विपरीत, समुद्र का पानी ध्वनि कंपन की ऊर्जा को कमजोर रूप से अवशोषित करता है। इसके अलावा, पानी में ध्वनि की गति व्यावहारिक रूप से कंपन आवृत्ति से स्वतंत्र होती है, यानी, कोई तरंग फैलाव नहीं होता है।

जैसा कि भौतिकी से ज्ञात है, निरंतर लोचदार माध्यम में ध्वनि प्रसार की गति सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है:

जहाँ K = - = p 0 -(f/f)| - एडियाबेटिक वॉल्यूमेट्रिक मॉड्यूल

लोच, पो - अबाधित माध्यम का घनत्व, k„ - रुद्धोष्म संपीड्यता का गुणांक। इस तथ्य के कारण कि लोच K का थोक मापांक और अबाधित समुद्री जल rho का घनत्व इसकी लवणता, तापमान और हाइड्रोस्टेटिक दबाव पर निर्भर करता है, ध्वनि की गति भी इन राज्य मापदंडों (छवि 5.4) द्वारा निर्धारित की जाती है।

चावल। 5.4. वायुमंडलीय दबाव (ए) पर लवणता और तापमान पर समुद्री जल (एम एस 1) की ध्वनि की गति की निर्भरता, एस = 35 पीएसयू (बी) पर दबाव और तापमान। गणना में यूएस-80 का उपयोग किया गया था

दबाव, दबार

आइए हम सूत्र (5.10) को रूपांतरित करें ताकि इसमें गणना के लिए सुविधाजनक मात्राएँ शामिल हों। ऐसा करने के लिए, हम (5.10) में शामिल व्युत्पन्न को इस प्रकार फिर से लिखते हैं:

इस अभिव्यक्ति की तुलना (5.7) से करने पर, हमें मिलता है:

जहां v विशिष्ट आयतन है, k इज़ोटेर्माल द्रवीकरण का गुणांक है

सामर्थ्य, य =- - विशिष्ट ताप क्षमता का अनुपात -

क्रमशः स्थिर दबाव और आयतन।

समीकरण (5.11), यदि हम राज्य यूएस-80 के समीकरण का उपयोग करते हैं, तो संशोधित किया जा सकता है:

जहां Г रुद्धोष्म तापमान प्रवणता है।

ध्वनि की गति की गणना करने के लिए सूत्र (5.12) का उपयोग किया जाता है और इसे कहा जाता है सैद्धांतिक.इसका उपयोग प्रसिद्ध मैथ्यूज़ ध्वनि गति तालिकाओं के साथ-साथ ओ.आई. को संकलित करने के लिए किया गया था। मामेव और कुछ अन्य।

सैद्धांतिक सूत्र (5.12) के साथ, ध्वनि की गति निर्धारित करने के लिए अनुभवजन्य सूत्र भी हैं, जो इसे मापने के लिए आधुनिक प्रयोगशाला विधियों पर आधारित हैं। उनमें से सबसे विश्वसनीय वी. विल्सन, वी. डेल ग्रोसो और के. चेन-एफ के सूत्र माने जा सकते हैं। मिलरो.

ध्वनि की गति के परिकलित मूल्यों के अनुसार, उत्तरार्द्ध यूएस-80 का उपयोग करने वाले सैद्धांतिक लोगों के सबसे करीब है। ऐसा लग रहा है:

40 पीएस (पीएसएचएस-78), तापमान - 0 से 40 डिग्री सेल्सियस (एमएसएचपीटी-68) और दबाव - 0 से 1000 बार तक। दबाव आरबार में (5.14) प्रवेश करता है।

समुद्री जल के तापमान में परिवर्तन ध्वनि प्रसार की गति में परिवर्तन में सबसे बड़ा योगदान देता है। जैसे-जैसे यह बढ़ता है, लोचदार मापांक K बढ़ता है और घनत्व पीओ कम हो जाता है, जिससे, (5.10) के अनुसार, ध्वनि की गति में वृद्धि होती है। साथ ही, 1 डिग्री सेल्सियस के तापमान परिवर्तन के साथ गति में परिवर्तन कम तापमान की तुलना में उच्च तापमान पर कम हो जाता है।

ध्वनि की गति पर लवणता का प्रभाव कम होता है। यह देखा गया है कि समुद्र के पानी में मौजूद लवणों का लोच के थोक मापांक, यानी K, और परिणामस्वरूप, ध्वनि की गति पर अलग-अलग प्रभाव पड़ता है। लवणता बढ़ने के साथ-साथ तापमान बढ़ने से ध्वनि की गति भी बढ़ जाती है। दबाव बढ़ने पर ध्वनि की गति भी बढ़ जाती है।

चावल। 5.5.

महासागरों में जहां पानी का तापमान गहराई के साथ घटता है, ध्वनि की गति कम हो जाती है। हालाँकि, एक निश्चित गहराई से शुरू होने पर, हाइड्रोस्टैटिक दबाव में वृद्धि पानी के तापमान की भूमिका से अधिक हो जाती है और ध्वनि की गति बढ़ने लगती है। इस प्रकार, एक निश्चित क्षितिज पर न्यूनतम ध्वनि गति वाली एक परत बनती है - पानी के नीचे ध्वनि चैनल(चित्र 5.5)। इसमें, अपवर्तन के कारण, क्षैतिज रूप से भेजी गई ध्वनि किरणें न्यूनतम गति की एक परत में केंद्रित होती हैं और बहुत लंबी दूरी (15,000-18,000 किमी तक) तक फैलती हैं।

विश्व महासागर में ध्वनि की औसत गति लगभग 1500 मीटर/सेकेंड है। कार्य में समुद्र में ध्वनि की गति के वितरण का अधिक विस्तार से वर्णन किया गया है।

समीक्षा के लिए कार्य और प्रश्न

• 5.1. लोच का थोक मापांक क्या है?
• 5.2. रुद्धोष्म संपीडनशीलता इज़ोटेर्मल से कम क्यों है?
• 5.3. इज़ोटेर्माल संपीड्यता गुणांक समुद्री जल की लवणता, तापमान और दबाव पर कैसे निर्भर करता है?
• 5.4. ज्ञात कीजिए कि रुद्धोष्म संपीड़न के दौरान आंतरिक ऊर्जा कैसे बदलती है?

उत्तर:

आइए जैकोबियन विधि लागू करें - सूत्र 2.59, 2.60, 2.61, 2.63, 2.67, 2.69, 2.70, 2.71 और 2.72। हमारे पास है:

सभी पैरामीटर सकारात्मक हैं, इसलिए - > 0, यानी कब

डॉ 1एच

रुद्धोष्म संपीड़न से आंतरिक ऊर्जा बढ़ती है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि निरंतर एन्ट्रापी (पर्यावरण के साथ कोई गर्मी विनिमय नहीं होता है) पर, बढ़ते बाहरी दबाव के साथ, अणुओं के बीच की औसत दूरी कम हो जाती है, उनकी औसत गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है, और, परिणामस्वरूप, तापमान बढ़ जाता है।

• 5.5. कौन सी तरंगें ध्वनि तरंगें कहलाती हैं?
• 5.6. समुद्री जल में ध्वनि की गति को क्या प्रभावित करता है?
• 5.7. इससे समुद्र में पानी के अंदर एक ध्वनि चैनल बनता है।