Air laut merupakan media akustik yang tidak homogen. Heterogenitas air laut terdiri dari perubahan kepadatan terhadap kedalaman, adanya gelembung gas, partikel tersuspensi dan plankton di dalam air. Oleh karena itu penyebarannya Getaran akustik (suara) pada air laut merupakan fenomena kompleks yang bergantung pada sebaran densitas (suhu, salinitas, tekanan), kedalaman laut, sifat tanah, keadaan permukaan laut, kekeruhan air dengan pengotor tersuspensi. asal organik dan anorganik dan adanya gas terlarut.

Bunyi dalam arti luas adalah gerak osilasi partikel-partikel medium elastis, yang merambat dalam bentuk gelombang pada medium gas, cair, atau padat; dalam arti sempit, suatu fenomena yang dirasakan secara subyektif oleh alat indera khusus manusia dan hewan. Seseorang mendengar bunyi dengan frekuensi 16 Hz sampai 16-20×10 3 Hz . Konsep fisik bunyi mencakup bunyi yang terdengar dan tidak terdengar. Bunyi dengan frekuensi di bawah 16 Hz disebut infrasonik , di atas 20 ×10 3 Hz - USG ; getaran akustik frekuensi tertinggi berkisar antara 10 9 hingga 10 12 -10 13 Hz mengacu pada hipersuara.

Perambatan bunyi dalam air melambangkan kompresi dan penghalusan air secara periodik searah dengan pergerakan gelombang bunyi. Kecepatan perpindahan gerak osilasi dari satu partikel air ke partikel air lainnya disebut kecepatan suara. Rumus teori cepat rambat bunyi pada zat cair dan gas adalah: c = , dengan α adalah volume spesifik, γ = - perbandingan kapasitas panas air pada tekanan konstan c p dengan kapasitas panas air pada volume konstan c v, kira-kira sama dengan satu, k adalah koefisien kompresibilitas air laut yang sebenarnya.

Dengan meningkatnya suhu air, kecepatan suara meningkat baik karena peningkatan volume spesifik maupun karena penurunan koefisien kompresibilitas. Oleh karena itu, pengaruh suhu terhadap kecepatan bunyi paling besar dibandingkan faktor lainnya. Ketika salinitas air berubah, volume spesifik dan koefisien kompresibilitas juga berubah. Namun koreksi kecepatan suara dari perubahan tersebut memiliki tanda yang berbeda-beda. Oleh karena itu, pengaruh perubahan salinitas terhadap kecepatan suara lebih kecil dibandingkan pengaruh suhu. Tekanan hidrostatik hanya mempengaruhi perubahan vertikal kecepatan suara; kecepatan suara meningkat seiring dengan kedalaman.

Cepat rambat bunyi tidak bergantung pada kekuatan sumber bunyi.

Dengan menggunakan rumus teoritis, tabel telah disusun yang memungkinkan untuk menentukan kecepatan suara berdasarkan suhu dan salinitas air dan mengoreksi tekanannya. Namun rumus teoritisnya memberikan nilai cepat rambat bunyi yang berbeda dari rata-rata terukur sebesar ±4 m·s -1. Oleh karena itu, dalam prakteknya digunakan rumus-rumus empiris, yang paling luas adalah rumus-rumus tersebut Del Grosso dan W.Wilson, memastikan kesalahan paling sedikit.

Kesalahan cepat rambat bunyi yang dihitung dengan rumus Del Grosso tidak melebihi 0,5 m·s -1 untuk perairan dengan salinitas lebih dari 15‰ dan 0,8 m·s -1 untuk perairan dengan salinitas kurang dari 15 ‰.

Rumus Wilson yang dikemukakannya pada tahun 1960 memberikan akurasi yang lebih tinggi dibandingkan rumus Del Grosso. Itu dibangun berdasarkan prinsip membangun rumus Bjerknes untuk menghitung volume spesifik bersyarat di tempat dan memiliki bentuk:

c = 1449,14 + hal + δс t + δс s + δс langkah ,

dimana δс p adalah koreksi tekanan, δс t adalah koreksi suhu, δс s adalah koreksi salinitas dan δс stp adalah koreksi total untuk tekanan, suhu dan salinitas.

Kesalahan akar rata-rata kuadrat dalam menghitung cepat rambat bunyi menggunakan rumus Wilson adalah 0,3 m·s -1.

Pada tahun 1971, rumus lain diusulkan untuk menghitung kecepatan suara dari nilai terukur T, S dan P dan nilai koreksi yang sedikit berbeda:

c = 1449,30 + hal + δс t + δс s + δс langkah ,

Saat mengukur kedalaman dengan alat pengeras suara gema, kecepatan suara yang dirata-ratakan pada lapisan dihitung, yang disebut kecepatan suara vertikal. Itu ditentukan oleh rumus dengan stp
,

dimana c i adalah kecepatan rata-rata bunyi pada suatu lapisan dengan ketebalan h i .

Cepat rambat bunyi di air laut pada suhu 13 0 C, tekanan 1 atm, dan salinitas 35‰ adalah 1494 m s -1; seperti yang telah ditunjukkan, ia meningkat seiring dengan meningkatnya suhu (3 ms -1 per 1 0 C), salinitas (1,3 ms -1 per 1 ‰) dan tekanan (0,016 ms -1 per 1 m kedalaman) . Kecepatannya kira-kira 4,5 kali kecepatan suara di atmosfer (334 ms-1). Kecepatan rata-rata suara di Samudra Dunia adalah sekitar 1500 m s -1 , dan kisaran variabilitasnya adalah dari 1430 hingga 1540 m s -1 di permukaan laut dan dari 1570 hingga 1580 m s -1 pada kedalaman lebih dari 7 km.

Gelombang suara merambat melalui air laut sebagai getaran, atau gelombang tekanan. Ini adalah gelombang longitudinal mekanis. Dalam media elastis, seperti air laut, mereka menghasilkan kompresi dan penghalusan partikel secara berkala, akibatnya setiap partikel bergerak sejajar dengan arah rambat gelombang. Elastisitas suatu medium dicirikan oleh hambatan akustik gelombang, yang didefinisikan sebagai produk dari kepadatan medium dan kecepatan rambat gelombang suara. Rasio ini memungkinkan kita memperkirakan kekakuan medium, yang 3.500 kali lebih besar pada air laut daripada udara. Oleh karena itu, untuk menciptakan tekanan yang sama di air laut seperti di udara, dibutuhkan lebih sedikit energi.

Cepat rambat gelombang longitudinal elastik adalah cepat rambat bunyi. Di air laut, cepat rambat bunyi berkisar antara 1450 hingga 1540 m/s. Dengan frekuensi osilasi 16 hingga 20.000 Hz, mereka dapat ditangkap oleh telinga manusia. Getaran yang melebihi ambang batas pendengaran disebut USG", Sifat-sifat USG ditentukan oleh frekuensi tinggi dan panjang gelombang pendek. Getaran yang frekuensinya di bawah ambang batas pendengaran disebut suara infrasonik. Gelombang suara di lingkungan laut dibangkitkan oleh sumber alami dan buatan. Di antara yang pertama, peran penting dimainkan oleh gelombang laut, angin, akumulasi hewan laut dan pergerakannya, pergerakan air di zona divergensi dan konvergensi, gempa bumi, dll. Ledakan, pergerakan kapal, penelitian ilmiah skala besar dari profil yang relevan , dan beberapa jenis produksi dapat disebut sebagai sumber buatan.

Gelombang suara di air laut merambat dengan kecepatan berbeda-beda. Hal ini bergantung pada banyak faktor, di antaranya yang terpenting adalah kedalaman (tekanan), suhu, salinitas, struktur internal kolom air, distribusi kepadatan yang tidak merata, gelembung gas, partikel tersuspensi, dan akumulasi organisme laut. Kecepatan rambat bunyi juga dipengaruhi oleh perubahan cepat keadaan permukaan laut, topografi dasar laut, dan komposisinya.

Beras. 72. Perubahan kecepatan suara tergantung suhu dan salinitas pada tekanan atmosfer normal (A) dan pada tekanan pada O°C dan salinitas

35%o ( B)(oleh 127|)

sedimen dasar. Faktor-faktor ini membentuk medan akustik yang tidak homogen, yang menimbulkan perbedaan arah rambat dan kecepatan gelombang suara. Pengaruh terbesar terhadap kecepatan rambat gelombang suara diberikan oleh tekanan, suhu dan salinitas air laut. Karakteristik ini menentukan koefisien kompresibilitas, dan fluktuasinya menyebabkan perubahan kecepatan rambat bunyi. Dengan meningkatnya suhu, volume spesifik air laut meningkat, dan koefisien kompresibilitas menurun, yang menyebabkan peningkatan kecepatan suara. Di perairan permukaan, dengan peningkatan suhu dari Odo 5°, peningkatan kecepatan suara berubah sekitar 4,1 m/s, dari 5 menjadi 10° - sebesar 3,6 m/s, dan pada 30 °C - hanya 2,1 m/ dengan.

Kecepatan suara meningkat seiring dengan peningkatan suhu, salinitas dan kedalaman (tekanan). Ketergantungan tersebut dinyatakan dengan perubahan linier pada nilai parameter ini (Gbr. 72). Telah ditetapkan bahwa peningkatan salinitas sebesar 1% s dan tekanan sebesar 100 dbar meningkatkan kecepatan suara masing-masing sekitar 1,2 dan 1,6 m/s. Dari meja 30 yang menyajikan data pengaruh suhu dan salinitas terhadap kecepatan bunyi, maka dengan peningkatan salinitas pada suhu yang sama terjadi peningkatan kecepatan bunyi yang signifikan. Peningkatan ini terutama terlihat seiring dengan peningkatan suhu dan salinitas air laut.

Jika suhu air sedikit berubah seiring dengan kedalaman, seperti yang terjadi di Laut Merah dan Laut Weddell, maka kecepatan suara meningkat tanpa penurunan tajam dalam kisaran 700 hingga 1300 m di sebagian besar wilayah lain di Samudra Dunia , penurunan kecepatan suara yang signifikan diamati pada rentang kedalaman ini ( Gambar 73).

Tabel 30

Kecepatan rambat bunyi di air laut (m/s) tergantung salinitas dan suhu

(versi tabel yang disederhanakan. 1.41 1511)

Gradien perubahan cepat rambat bunyi pada kolom air tidak sama pada arah horizontal dan vertikal. Dalam arah horizontal ukurannya sekitar seribu kali lebih kecil daripada arah vertikal. Sebagaimana dicatat oleh L.M. Brekhovskikh dan Yu.P. Lysanov, pengecualiannya adalah area konvergensi arus hangat dan dingin, di mana gradien ini sebanding.

Karena suhu dan salinitas tidak bergantung pada kedalaman, gradien vertikal bernilai konstan. Pada kecepatan suara 1450 m/s sama dengan 0,1110 -4 m~".

Tekanan kolom air mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap kecepatan rambat bunyi. Kecepatan suara meningkat seiring dengan kedalaman. Hal ini terlihat jelas dari tabel. 31, yang memberikan koreksi kecepatan suara hingga kedalaman.

Koreksi kecepatan bunyi untuk kedalaman pada lapisan permukaan air adalah 0,2 m/s, dan pada kedalaman 900 m sama dengan 15,1 m/s, yaitu. meningkat 75 kali lipat. Di lapisan kolom air yang lebih dalam

koreksi kecepatan suara menjadi jauh lebih kecil dan nilainya secara bertahap menurun seiring bertambahnya kedalaman, meskipun secara absolut nilainya signifikan

Beras. 73. Perubahan kecepatan suara terhadap kedalaman di beberapa wilayah Samudra Dunia (dalam ) melebihi koreksi kecepatan suara di lapisan permukaan. Misalnya pada kedalaman 5000 m 443 kali lebih besar dibandingkan pada lapisan permukaan.

Tabel 31

Koreksi kecepatan suara (m/s) hingga kedalaman

(versi tabel yang disederhanakan. 1.42 151 ])

Kedalaman, m	Kedalaman, m

Dalam jarak yang jauh, energi suara hanya merambat sepanjang sinar lembut yang tidak menyentuh dasar laut di sepanjang jalurnya. Dalam hal ini, batasan yang dikenakan oleh lingkungan terhadap jangkauan rambat bunyi adalah penyerapannya dalam air laut. Mekanisme utama penyerapan dikaitkan dengan proses relaksasi yang menyertai gangguan gelombang akustik terhadap keseimbangan termodinamika antara ion dan molekul garam yang terlarut dalam air. Perlu dicatat bahwa peran utama dalam penyerapan dalam berbagai frekuensi suara adalah milik garam magnesium sulfur MgSO4, meskipun dalam persentase kandungannya dalam air laut sangat kecil - hampir 10 kali lebih sedikit daripada, misalnya, garam batu NaCl. , yang bagaimanapun tidak memainkan peran penting dalam penyerapan suara.

Penyerapan air laut pada umumnya semakin besar jika frekuensi bunyinya semakin tinggi. Pada frekuensi dari 3-5 hingga setidaknya 100 kHz, di mana mekanisme di atas mendominasi, penyerapan sebanding dengan frekuensi pangkat sekitar 3/2. Pada frekuensi yang lebih rendah, mekanisme penyerapan baru diaktifkan (mungkin karena adanya garam boron dalam air), yang terutama terlihat pada kisaran ratusan hertz; di sini tingkat penyerapan sangat tinggi dan turun secara signifikan lebih lambat dengan frekuensi yang menurun.

Untuk lebih jelas membayangkan karakteristik kuantitatif penyerapan air laut, kami mencatat bahwa karena efek ini, suara dengan frekuensi 100 Hz dilemahkan 10 kali pada jarak 10 ribu km, dan dengan frekuensi 10 kHz - pada a jaraknya hanya 10 km (Gambar 2). Jadi, hanya gelombang suara frekuensi rendah yang dapat digunakan untuk komunikasi bawah air jarak jauh, deteksi hambatan bawah air jarak jauh, dll.

Gambar 2 - Jarak di mana suara dengan frekuensi berbeda dilemahkan sebanyak 10 kali lipat ketika merambat di air laut.

Pada daerah bunyi terdengar pada rentang frekuensi 20-2000 Hz, jangkauan rambat bunyi intensitas sedang di bawah air mencapai 15-20 km, dan pada daerah USG - 3-5 km.

Berdasarkan nilai redaman suara yang diamati dalam kondisi laboratorium dalam volume air yang kecil, kita dapat memperkirakan rentang yang jauh lebih besar. Namun, dalam kondisi alami, selain redaman yang disebabkan oleh sifat-sifat air itu sendiri (yang disebut redaman kental), hamburan dan penyerapannya oleh berbagai ketidakhomogenan medium juga mempengaruhinya.

Pembiasan bunyi, atau kelengkungan jalur pancaran bunyi, disebabkan oleh heterogenitas sifat air, terutama secara vertikal, karena tiga sebab utama: perubahan tekanan hidrostatis terhadap kedalaman, perubahan salinitas, dan perubahan suhu akibat ketidaksetaraan. pemanasan massa air oleh sinar matahari. Sebagai akibat dari gabungan alasan-alasan ini, kecepatan rambat bunyi, yaitu sekitar 1450 m/detik di air tawar dan sekitar 1500 m/detik di air laut, berubah seiring kedalaman, dan hukum perubahan bergantung pada waktu. tahun, waktu, kedalaman reservoir dan sejumlah alasan lainnya. Sinar bunyi yang muncul dari sumber pada sudut tertentu terhadap cakrawala dibelokkan, dan arah pembelokannya bergantung pada distribusi kecepatan bunyi dalam medium. Di musim panas, ketika lapisan atas lebih hangat daripada lapisan bawah, sinarnya membelok ke bawah dan sebagian besar dipantulkan dari bawah, kehilangan sebagian besar energinya. Sebaliknya, di musim dingin, ketika lapisan bawah air mempertahankan suhunya, sementara lapisan atas mendingin, sinarnya membelok ke atas dan mengalami banyak pantulan dari permukaan air, sehingga lebih sedikit energi yang hilang. Oleh karena itu, di musim dingin jangkauan rambat suara lebih besar dibandingkan di musim panas. Karena pembiasan, disebut zona mati, yaitu wilayah yang terletak dekat dengan sumber yang tidak dapat didengar.

Namun, adanya pembiasan dapat menyebabkan peningkatan jangkauan rambat suara - fenomena perambatan suara dalam jarak sangat jauh di bawah air. Pada kedalaman tertentu di bawah permukaan air terdapat lapisan di mana suara merambat dengan kecepatan paling rendah; Di atas kedalaman ini, kecepatan suara meningkat karena peningkatan suhu, dan di bawah kedalaman ini, karena peningkatan tekanan hidrostatik seiring bertambahnya kedalaman. Lapisan ini merupakan sejenis saluran suara bawah air. Sinar yang menyimpang dari sumbu saluran ke atas atau ke bawah karena pembiasan selalu cenderung jatuh kembali ke dalamnya. Jika sumber dan penerima bunyi ditempatkan pada lapisan ini, maka bunyi dengan intensitas sedang (misalnya ledakan muatan kecil 1-2 kg) pun dapat terekam pada jarak ratusan hingga ribuan km. Peningkatan yang signifikan dalam jangkauan rambat suara dengan adanya saluran suara bawah air dapat diamati ketika sumber dan penerima suara tidak harus terletak di dekat sumbu saluran, tetapi, misalnya, di dekat permukaan. Dalam hal ini, sinar-sinar tersebut, yang dibiaskan ke bawah, memasuki lapisan laut dalam, kemudian dibelokkan ke atas dan keluar lagi ke permukaan pada jarak beberapa puluh kilometer dari sumbernya. Selanjutnya, pola perambatan sinar diulangi dan sebagai hasilnya terbentuklah rangkaian yang disebut sinar. zona penerangan sekunder, yang biasanya ditelusuri hingga jarak beberapa ratus km.

Perambatan suara berfrekuensi tinggi, khususnya ultrasound, ketika panjang gelombangnya sangat kecil, dipengaruhi oleh ketidakhomogenan kecil yang biasanya ditemukan di perairan alami: mikroorganisme, gelembung gas, dll. Ketidakhomogenan ini terjadi dalam dua cara: menyerap dan menyebarkan energi gelombang suara. Akibatnya, dengan meningkatnya frekuensi getaran suara, jangkauan rambatnya berkurang. Efek ini terutama terlihat pada lapisan permukaan air, di mana terdapat sebagian besar ketidakhomogenan. Hamburan suara karena ketidakhomogenan, serta permukaan air dan dasar yang tidak rata, menyebabkan fenomena gema di bawah air, yang menyertai pengiriman impuls suara: gelombang suara, yang dipantulkan dari sekumpulan ketidakhomogenan dan penggabungan, menimbulkan a perpanjangan impuls bunyi, yang berlanjut setelah berakhir, mirip dengan gema yang diamati di ruang tertutup. Gema bawah air merupakan gangguan yang cukup signifikan untuk sejumlah aplikasi praktis hidroakustik, khususnya sonar.

Jangkauan perambatan suara di bawah air juga dibatasi oleh apa yang disebut. suara laut itu sendiri, yang mempunyai asal ganda. Kebisingan tersebut ada yang berasal dari hantaman ombak di permukaan air, dari deburan ombak laut, dari suara kerikil yang menggelinding, dan lain-lain. Bagian lainnya berkaitan dengan fauna laut; Ini termasuk suara yang dihasilkan oleh ikan dan hewan laut lainnya.

Suara adalah salah satu komponen kehidupan kita, dan orang-orang mendengarnya di mana-mana. Untuk mempertimbangkan fenomena ini lebih detail, pertama-tama kita perlu memahami konsep itu sendiri. Untuk melakukan ini, Anda perlu membuka ensiklopedia, di mana tertulis bahwa “suara adalah gelombang elastis yang merambat di suatu media elastis dan menimbulkan getaran mekanis di dalamnya”. Sederhananya, ini adalah getaran yang dapat didengar di lingkungan apa pun. Ciri-ciri utama bunyi bergantung pada jenis bunyinya. Pertama-tama, kecepatan perambatannya, misalnya di air, berbeda dengan lingkungan lain.

Setiap analogi suara memiliki sifat (ciri fisik) dan kualitas tertentu (refleksi dari ciri-ciri tersebut dalam sensasi manusia). Misalnya durasi-durasi, frekuensi-pitch, komposisi-timbre, dan sebagainya.

Kecepatan suara di air jauh lebih tinggi dibandingkan, katakanlah, di udara. Akibatnya, penyebarannya lebih cepat dan terdengar lebih jauh. Hal ini terjadi karena tingginya kepadatan molekul lingkungan perairan. Ini 800 kali lebih padat dari udara dan baja. Oleh karena itu, perambatan bunyi sangat bergantung pada mediumnya. Mari kita lihat angka-angka spesifiknya. Jadi, cepat rambat bunyi di air adalah 1430 m/s, dan di udara - 331,5 m/s.

Suara berfrekuensi rendah, misalnya suara yang dihasilkan oleh mesin kapal yang sedang berjalan, selalu terdengar lebih awal sebelum kapal muncul dalam jangkauan visual. Kecepatannya bergantung pada beberapa hal. Jika suhu air meningkat, maka secara alamiah kecepatan suara di dalam air meningkat. Hal yang sama terjadi dengan peningkatan salinitas dan tekanan air, yang meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman air. Fenomena termoklin mempunyai peran khusus terhadap kecepatan. Ini adalah tempat di mana lapisan air dengan suhu berbeda terjadi.

Juga di tempat-tempat seperti itu berbeda (karena perbedaan suhu). Dan ketika gelombang suara melewati lapisan dengan kepadatan berbeda, mereka kehilangan sebagian besar kekuatannya. Ketika gelombang suara bertemu dengan termoklin, gelombang tersebut dipantulkan sebagian, atau kadang seluruhnya (tingkat pantulan bergantung pada sudut jatuhnya suara), setelah itu zona bayangan terbentuk di sisi lain tempat ini. Jika kita perhatikan contoh ketika sumber suara terletak di perairan di atas termoklin, maka di bawahnya tidak hanya sulit, tetapi hampir tidak mungkin untuk mendengar apa pun.

Yang dipancarkan di atas permukaan, tidak pernah terdengar di dalam air itu sendiri. Dan sebaliknya bila berada di bawah lapisan air: diatasnya tidak berbunyi. Contoh mencolok dari hal ini adalah penyelam modern. Pendengaran mereka sangat berkurang karena pengaruh air, dan kecepatan suara yang tinggi di dalam air mengurangi kualitas penentuan arah pergerakannya. Hal ini menumpulkan kemampuan stereoponis untuk memahami suara.

Di bawah lapisan air, ia masuk ke telinga manusia terutama melalui tulang tengkorak kepala, dan bukan, seperti di atmosfer, melalui gendang telinga. Hasil dari proses ini adalah persepsinya oleh kedua telinga secara bersamaan. Saat ini, otak manusia belum mampu membedakan dari mana sinyal berasal dan berapa intensitasnya. Akibatnya muncul kesadaran bahwa suara tersebut seolah-olah menggelinding dari semua sisi secara bersamaan, padahal tidak demikian.

Selain yang telah dijelaskan di atas, gelombang suara dalam air memiliki kualitas seperti penyerapan, divergensi, dan dispersi. Yang pertama adalah ketika kekuatan suara di air asin berangsur-angsur memudar akibat gesekan lingkungan perairan dan garam di dalamnya. Divergensi diwujudkan dalam jarak bunyi dari sumbernya. Tampaknya larut di ruang angkasa seperti cahaya, dan akibatnya intensitasnya turun secara signifikan. Dan osilasi tersebut hilang sama sekali karena dispersi oleh segala macam hambatan dan ketidakhomogenan di lingkungan.

Kecepatan suara

Jika getaran mekanis partikel-partikelnya (kompresi dan penghalusan) tereksitasi dalam air laut, maka karena adanya interaksi antar partikel-partikel tersebut, getaran tersebut akan mulai merambat di dalam air dari partikel ke partikel dengan kecepatan tertentu. Dengan. Proses perambatan getaran dalam ruang disebut melambai. Partikel-partikel cairan tempat gelombang merambat tidak diangkut oleh gelombang; mereka hanya berosilasi di sekitar posisi kesetimbangannya. Tergantung pada arah osilasi partikel dalam kaitannya dengan arah rambat gelombang, mereka dibedakan membujur Dan gelombang transversal. Di dalam air, hanya gelombang longitudinal yang dapat terjadi, yaitu gelombang yang getaran partikelnya terjadi sepanjang arah rambat gelombang. Gelombang longitudinal berhubungan dengan deformasi volumetrik media elastis. Pembentukan gelombang transversal (partikel yang berosilasi dalam arah melintang terhadap rambat) tidak terjadi di dalam air karena hanya timbul pada medium yang mampu menahan deformasi geser. Air tidak memiliki sifat ini.

Gelombang suara gangguan lemah yang merambat di dalam air disebut getaran dengan amplitudo kecil.

Proses perambatan gelombang bunyi (kecepatan suara), karena frekuensi osilasi yang tinggi, maka bersifat adiabatik, yaitu tidak disertai pertukaran panas. Dalam hal ini, air laut dari sudut pandang akustik mirip dengan gas ideal. Berbeda dengan udara, air laut lemah dalam menyerap energi getaran suara. Selain itu, kecepatan suara dalam air praktis tidak tergantung pada frekuensi getaran, yaitu tidak ada dispersi gelombang.

Sebagaimana diketahui dari ilmu fisika, cepat rambat bunyi dalam medium elastis kontinu ditentukan dengan rumus:

dimana K = - = p 0 -(f/f)| - modul volumetrik adiabatik

elastisitas, po - kepadatan medium yang tidak terganggu, k„ - koefisien kompresibilitas adiabatik. Karena fakta bahwa modulus elastisitas massal K dan kepadatan air laut yang tidak terganggu rho bergantung pada salinitas, suhu, dan tekanan hidrostatiknya, kecepatan suara juga ditentukan oleh parameter keadaan ini (Gbr. 5.4).

Beras. 5.4. Ketergantungan cepat rambat bunyi air laut (m s 1) pada salinitas dan suhu pada tekanan atmosfer (a), tekanan dan suhu pada S = 35 psu (b). US-80 digunakan dalam perhitungan

Tekanan, dbar

Mari kita ubah rumus (5.10) sehingga mencakup besaran yang sesuai untuk perhitungan. Untuk melakukannya, kita menulis ulang turunan yang termasuk dalam (5.10) sebagai berikut:

Membandingkan ekspresi ini dengan (5.7), kita mendapatkan:

dimana v adalah volume spesifik, k adalah koefisien pencairan isotermal

keterjangkauan, kamu =- - rasio kapasitas panas spesifik pada -

tekanan dan volume konstan.

Persamaan (5.11), jika kita menggunakan persamaan keadaan US -80, dapat dimodifikasi:

dimana Г adalah gradien suhu adiabatik.

Rumus (5.12) digunakan untuk menghitung cepat rambat bunyi dan disebut teoretis. Itu digunakan untuk menyusun tabel kecepatan suara Matthews yang terkenal, serta O.I. Mamaev dan beberapa lainnya.

Selain rumus teori (5.12), terdapat pula rumus empiris untuk menentukan cepat rambat bunyi, berdasarkan metode laboratorium modern untuk mengukurnya. Yang paling dapat diandalkan di antaranya adalah rumus V. Wilson, V. Del Grosso dan K. Chen-F. Millero.

Menurut nilai kecepatan suara yang dihitung, yang terakhir ini paling dekat dengan nilai teoretis yang menggunakan US-80. Sepertinya:

40 ps (PShS-78), suhu - dari 0 hingga 40 ° C (MShPT-68) dan tekanan - dari 0 hingga 1000 bar. Tekanan R memasuki (5.14) di bar.

Perubahan suhu air laut memberikan kontribusi terbesar terhadap perubahan kecepatan rambat bunyi. Dengan meningkatnya, modulus elastisitas K meningkat dan kepadatan po menurun, yang menurut (5.10), menyebabkan peningkatan kecepatan suara. Pada saat yang sama, perubahan kecepatan dengan perubahan suhu 1°C menurun pada suhu tinggi dibandingkan dengan suhu rendah.

Salinitas mempunyai pengaruh yang lebih kecil terhadap kecepatan suara. Telah diketahui bahwa garam yang terkandung dalam air laut mempunyai pengaruh yang berbeda terhadap modulus elastisitas sebagian besar, yaitu K, dan akibatnya, pada kecepatan suara. Dengan meningkatnya salinitas dan peningkatan suhu, kecepatan suara meningkat. Kecepatan suara juga meningkat seiring dengan meningkatnya tekanan.

Beras. 5.5.

Untuk lautan yang suhu airnya menurun seiring dengan kedalaman, kecepatan suara pun menurun. Namun, mulai dari kedalaman tertentu, peningkatan tekanan hidrostatis melebihi peran suhu air dan kecepatan suara mulai meningkat. Jadi, pada cakrawala tertentu terbentuk lapisan dengan kecepatan suara minimal - saluran suara bawah air(Gbr. 5.5). Di dalamnya, berkat pembiasan, sinar suara yang dikirim secara horizontal terkonsentrasi pada lapisan dengan kecepatan minimum dan menyebar dalam jarak yang sangat jauh (hingga 15.000-18.000 km).

Kecepatan rata-rata suara di Samudra Dunia adalah sekitar 1500 m/s. Distribusi kecepatan suara di lautan dijelaskan lebih rinci dalam karya ini.

Tugas dan pertanyaan untuk ditinjau

• 5.1. Berapa modulus elastisitas curahnya?
• 5.2. Mengapa kompresibilitas adiabatik lebih kecil dibandingkan isotermal?
• 5.3. Bagaimana koefisien kompresibilitas isotermal bergantung pada salinitas, suhu dan tekanan air laut?
• 5.4. Temukan bagaimana energi internal berubah selama kompresi adiabatik?

Menjawab:

Mari kita terapkan metode Jacobian - rumus 2.59, 2.60, 2.61, 2.63, 2.67, 2.69, 2.70, 2.71 dan 2.72. Kita punya:

Semua parameter positif, oleh karena itu - > 0, yaitu kapan

dr 1 H

kompresi adiabatik, energi internal meningkat. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa, dengan entropi konstan (tidak ada pertukaran panas dengan lingkungan), dengan peningkatan tekanan eksternal, jarak rata-rata antar molekul berkurang, energi kinetik rata-rata meningkat, dan akibatnya, suhu meningkat.

• 5.5. Gelombang apa yang disebut gelombang bunyi?
• 5.6. Apa yang mempengaruhi cepat rambat bunyi di air laut?
• 5.7. Karena itu, saluran suara bawah air terbentuk di lautan.