Helilainete levimise seadused. Heli erinevates keskkondades - Teadmised Hüpermarket Heli levik vees

Heli neeldub vees sadu kordi vähem kui õhus. Sellest hoolimata on kuuldavus veekeskkonnas palju halvem kui atmosfääris. Seda seletatakse inimese helitaju iseärasustega. Õhus tajutakse heli kahel viisil: edastades õhuvibratsiooni kõrvade kuulmekile (õhujuhtivus) ja nn luujuhtimisega, kui helivõnked tajutakse ja edastatakse kuuldeaparaati kolju luude kaudu. .

Olenevalt sukeldumisvarustuse tüübist tajub sukelduja vees heli, milles on ülekaalus kas õhu või luu juhtivus. Õhuga täidetud kolmemõõtmelise kiivri olemasolu võimaldab tajuda heli õhujuhtimise teel. Märkimisväärne helienergia kadu on aga vältimatu heli peegeldumise tõttu kiivri pinnalt.

Ilma varustuseta või liibuva kiivriga varustuses laskumisel on ülekaalus luu juhtivus.

Vee all heli tajumise tunnuseks on ka heliallika suuna määramise võime kaotus. Selle põhjuseks on asjaolu, et inimese kuulmisorganid on kohanenud heli levimise kiirusega õhus ja määravad heliallika suuna helisignaali saabumisaja ja helisignaali tajutava suhtelise helirõhutaseme erinevuse tõttu. iga kõrv. Tänu kõrvaklapi seadmele suudab õhus olev inimene isegi ühe kõrvaga kindlaks teha, kus heliallikas asub - ees või taga. Vees on asjad teisiti. Heli levimise kiirus vees on 4,5 korda suurem kui õhus. Seetõttu muutub iga kõrva helisignaali vastuvõtu aja erinevus nii väikeseks, et heliallika suundade määramine muutub peaaegu võimatuks.

Kasutades varustuse osana kõva kiivrit, on heliallika suuna määramise võimalus üldjuhul välistatud.

Gaaside bioloogiline mõju inimorganismile

Küsimus gaaside bioloogilisest mõjust ei tõusnud juhuslikult ja on tingitud asjaolust, et gaasivahetusprotsessid inimese hingamisel normaalsetes tingimustes ja nn hüperbaarilised (s.t. kõrge vererõhk) on oluliselt erinevad.

On teada, et tavaline atmosfääriõhk, mida me hingame, ei sobi kõrglendudel lendavate lendurite hingamiseks. Samuti leiab see piiratud kasutust sukeldujate hingamisel. Üle 60 m sügavusele laskumisel asendatakse see spetsiaalsete gaasisegudega.

Mõelge gaaside põhiomadustele, mis, nagu ka puhtal kujul ja teistega segatuna kasutavad sukeldujad hingamiseks.

Oma koostiselt on õhk erinevate gaaside segu. Õhu põhikomponendid on: hapnik - 20,9%, lämmastik - 78,1%, süsinikdioksiid - 0,03%. Lisaks sisaldab õhus väikestes kogustes: argooni, vesinikku, heeliumi, neooni, aga ka veeauru.

Atmosfääri moodustavad gaasid võib inimorganismile avaldatava toime järgi jagada kolme rühma: hapnik – kulub pidevalt „kõikide eluprotsesside ülalpidamiseks; lämmastik, heelium, argoon jt – ei osale gaasivahetuses; süsihappegaas – kõrgendatud kontsentratsioonil on organismile kahjulik.

Hapnik(O2) on maitse ja lõhnata värvitu gaas tihedusega 1,43 kg/m3. Sellel on hädavajalik inimesele kui kõikides organismis toimuvates oksüdatiivsetes protsessides osalejale. Hingamise käigus ühineb kopsudes leiduv hapnik vere hemoglobiiniga ja kandub üle kogu keha, kus rakud ja kuded seda pidevalt tarbivad. Kudede varustatuse katkemine või isegi selle vähenemine põhjustab hapnikunälga, millega kaasneb teadvusekaotus ja raskematel juhtudel elu katkemine. See seisund võib tekkida siis, kui hapnikusisaldus sissehingatavas õhus väheneb, kui normaalne rõhk alla 18,5%. Teisest küljest on hapnikusisalduse suurenemisega sissehingatavas segus või rõhu all hingates, mis ületab lubatu, mürgised omadused - tekib hapnikumürgitus.

Lämmastik(N) - värvitu, lõhnatu ja maitsetu gaas tihedusega 1,25 kg/m3, moodustab põhiosa atmosfääriõhust nii mahu kui ka massi järgi. Normaalsetes tingimustes on see füsioloogiliselt neutraalne, ei osale ainevahetuses. Kuid kui rõhk suureneb sukelduja sukeldumissügavusega, lakkab lämmastik olemast neutraalne ja 60 meetri sügavusel või enamal on sellel selged narkootilised omadused.

Süsinikdioksiid(CO2) on hapu maitsega värvitu gaas. See on õhust 1,5 korda raskem (tihedus 1,98 kg / m3) ja seetõttu võib see koguneda suletud ja halvasti ventileeritavate ruumide alumistesse osadesse.

Süsinikdioksiid tekib kudedes oksüdatiivsete protsesside lõpp-produktina. Teatud kogus seda gaasi on kehas alati olemas ja osaleb hingamise reguleerimises ning ülejääk kantakse verega kopsudesse ja eemaldatakse väljahingatavas õhus. Inimese poolt väljapaisatud süsihappegaasi hulk sõltub peamiselt astmest kehaline aktiivsus ja organismi funktsionaalne seisund. Sagedase sügava hingamise (hüperventilatsioon) korral süsihappegaasi sisaldus organismis väheneb, mis võib viia hingamisseiskumiseni (apnoe) ja isegi teadvusekaotuseni. Teisest küljest põhjustab selle sisalduse suurenemine hingamisteede segus üle lubatud mürgistuse.

Teistest gaasidest, mis moodustavad õhku, on sukeldujate seas kõige rohkem kasutatud heelium(Mitte). See on inertgaas, lõhnatu ja maitsetu. Madala tihedusega (umbes 0,18 kg / m3) ja oluliselt väiksema võimega tekitada narkootilist toimet, kui kõrged rõhud, kasutatakse seda laialdaselt lämmastikuasendajana kunstlike hingamisteede segude valmistamisel suurtesse sügavustesse laskumisel.

Kuid heeliumi kasutamine hingamisteede segude koostises põhjustab muid soovimatuid nähtusi. Selle kõrge soojusjuhtivus ja sellest tulenevalt suurenenud keha soojusülekanne nõuavad suuremat soojuskaitset või sukeldujate aktiivset soojendamist.

Õhurõhk. On teada, et meid ümbritsev atmosfäär on massiline ja avaldab survet Maa pinnale ja kõigile sellel asuvatele objektidele. Merepinnal mõõdetud atmosfäärirõhku tasakaalustatakse torudes, mille sektsioon on G cm2 ja mille elavhõbedasammas on 760 mm kõrge või vesi 10,33 m. Kui seda elavhõbedat või vett kaaluda, on nende mass 1,033 kg. See tähendab, et "normaalne atmosfäärirõhk võrdub 1,033 kgf / cm2, mis SI-süsteemis on võrdne 103,3 kPa-ga *. (* SI-süsteemis on rõhu ühikuks pascal (Pa). Kui teisendamine on vajalik, siis Kasutatakse suhteid: 1 kgf / cm1 \u003d 105 Pa \u003d 102 kPa \u003d \u003d * 0,1 MPa.).

Sukeldumisarvutuste praktikas on aga selliste täpsete mõõtühikute kasutamine ebamugav. Seetõttu võetakse rõhuühikuks rõhk, mis on arvuliselt võrdne 1 kgf / cm2, mida nimetatakse tehniliseks atmosfääriks (at). Üks tehniline atmosfäär vastab 10 m veesamba rõhule.

Õhk surub kergesti kokku, kui rõhk tõuseb, vähendades mahtu võrdeliselt rõhuga. Suruõhu rõhku mõõdetakse manomeetritega, mis näitavad ülerõhk st atmosfäärirõhust kõrgem rõhk. Ülerõhu ühikut tähistatakse ati. Ülerõhu ja atmosfäärirõhu summat nimetatakse absoluutne rõhk(ata).

Tavalistes maismaatingimustes surub igast küljest õhk inimesele ühtlaselt peale. Arvestades, et inimkeha pind on keskmiselt 1,7-1,8 m2, on sellele langev õhurõhu jõud 17-18 tuhat kgf (17-18 tf). Inimene aga seda survet ei tunne, kuna tema keha koosneb 70% ulatuses praktiliselt kokkusurumatutest vedelikest ning sisemistes õõnsustes - kopsudes, keskkõrvas jm - tasakaalustab seda seal oleva ja suhtleva õhu vasturõhk. atmosfääriga.

Vette sukeldudes puutub inimene kokku tema kohal asuvast veesambast lähtuva liigsurvega, mis suureneb iga 10 m järel 1 ati võrra.Rõhu muutus võib põhjustada valu ja kompressioon, mille vältimiseks tuleb sukeldujat varustada hingamisõhuga, mille rõhk on võrdne keskkonna absoluutrõhuga.

Kuna sukeldujad peavad tegelema suruõhu või gaasisegudega, on asjakohane meelde tuletada põhiseadusi, mida nad järgivad, ja anda mõned praktilisteks arvutusteks vajalikud valemid.

Õhk, nagu ka teised pärisgaasid ja gaasisegud, järgib teatud lähendusega füüsikaseadusi, mis kehtivad absoluutselt ideaalsete gaaside puhul.

SUKKELMISVARUSTUS

Sukeldumisvarustus on seadmete ja toodete komplekt, mida sukelduja kannab, et tagada elu ja töö veekeskkonnas teatud aja jooksul.

Sukeldumisvarustus on otstarbekohane, kui see suudab pakkuda:

inimese hingamine, kui ta teeb tööd vee all;

isolatsioon ja soojuskaitse külma veega kokkupuute eest;

piisav liikuvus ja stabiilne asend vee all;

ohutus sukeldumise, pinnale väljumise ja töö käigus;

kindel ühendus pinnaga.

Sõltuvalt lahendatavatest ülesannetest jaguneb sukeldumisvarustus järgmisteks osadeks:

kasutussügavuse järgi - madala (keskmise) sügavuse ja süvamere seadmete jaoks;

vastavalt hingamisteede gaasisegu pakkumise meetodile - autonoomse ja vooliku jaoks;

vastavalt termokaitse meetodile - passiivse soojuskaitsega seadmetele, elektri- ja vesiküttega;

vastavalt isolatsioonimeetodile - vee-gaasikindlate "kuiva" tüüpi ja läbilaskvate "märja" tüüpi kostüümidega seadmetele.

Kõige täielikuma ettekujutuse sukeldumisvarustuse töö funktsionaalsetest omadustest annab selle klassifikatsioon vastavalt hingamiseks vajaliku gaasisegu koostise säilitamise meetodile. Siin eristatakse seadmeid:

ventileeritud;

avatud hingamisskeemiga;

poolsuletud hingamismustriga;

suletud hingamisega.

Kuhu liigub heli kiiremini: õhus või vees? ja sain parima vastuse

Vastus kasutajalt Ptishon[guru]
Helikiirus Helikiirus gaasides (0° С; 101325 Pa), m/s Lämmastik 334 Ammoniaak 415 Atsetüleen 327 Vesinik 1284 Õhk 331,46 Heelium 965 Hapnik 316 Metaan 430 Vingugaas 338 Süsinikdioksiid 259 Kloor 206 Heli kiirus – levimiskiirus helilained keskkonnas.Gaasides on heli kiirus väiksem kui vedelikes Vedelikes on helikiirus väiksem kui tahkes.Õhus on tavatingimustes helikiirus 331,46 m/s (1193 km / h) Vees on heli kiirus 1485 m/s. Tahketes kehades on heli kiirus 2000-6000 m/s.

Vastus alates valge jänes[guru]
Vees Õhus on heli kiirus 25°C juures umbes 330 m/s vees, umbes 1500 m/s Täpne väärtus sõltub temperatuurist, rõhust, soolsusest (vee puhul) ja niiskusest (õhu puhul)

Vastus alates BaNkS777[ekspert]
vees....

Vastus alates Ja mina[guru]
ja mida sa tahad luua helipommi?

Vastus alates Vladimir T[guru]
vees, kus tihedus on seal rohkem ja kiirem (molekulid on lähemal ja ülekanne kiirem)

Vastus alates Polina Lykova[aktiivne]
Tõenäoliselt õhus (kindlasti ei tea). Kuna vees kõik liigutused aeglustuvad, siis heli nii kiiresti ei levi! No vaadake! Plaksutage käsi vee all. Seda tehakse aeglasemalt kui õhus Minu kogemus =) =8 =(=*8 =P

Vastus alates 3 vastust[guru]

Tere! Siin on valik teemasid koos vastustega teie küsimusele: Kuhu levib heli kiiremini: õhus või vees ???

Heli levib vees viis korda kiiremini kui õhus. Keskmine kiirus on 1400–1500 m / s (heli levimise kiirus õhus on 340 m / s). Tundub, et ka kuuldavus vees paraneb. Tegelikult pole see kaugeltki nii. Heli tugevus ei sõltu ju mitte levimiskiirusest, vaid helivõnke amplituudist ja kuulmisorganite tajumisvõimest. tigu sees sisekõrv asub Corti organ, mis koosneb kuulmisrakkudest. Helilained vibreerivad kuulmekile kuulmisluud ja Corti elundi membraan. Viimaste karvarakkudest, tajudes helivibratsioone, läheb närviline erutus kuulmiskeskusesse, mis asub aju oimusagaras.

Helilaine võib siseneda inimese sisekõrva kahel viisil: õhu juhtimisel läbi väliskuulmekanali, trummikile ja keskkõrva kuulmisluude ning luude juhtivuse kaudu - koljuluude vibratsiooniga. Pinnal domineerib õhu ja vee all luu juhtivus. Seda kinnitab lihtne kogemus. Kata mõlemad kõrvad peopesadega. Pinnal halveneb kuuldavus järsult, kuid vee all seda ei täheldata.

Niisiis tajutakse veealuseid helisid peamiselt luu juhtivuse kaudu. Teoreetiliselt on see seletatav asjaoluga, et vee akustiline takistus läheneb inimkudede akustilisele takistusele. Seetõttu on energiakadu helilainete üleminekul veest inimese pea luudesse väiksem kui õhus. Õhujuhtivus vee all peaaegu kaob, kuna väline kuulmisosa on täidetud veega ja selle lähedal on väike õhukiht. kuulmekile edastab nõrgalt helivibratsiooni.

Katsed on näidanud, et luu juhtivus on 40% madalam kui õhu juhtivus. Seetõttu kuuldavus vee all üldiselt halveneb. Kuuldavuse ulatus koos luu juhtivusega ei sõltu niivõrd tugevusest, kuivõrd toonist: mida kõrgem on toon, seda kaugemale heli kostab.

Inimese veealune maailm on vaikuse maailm, kus puuduvad kõrvalised helid. Seetõttu on kõige lihtsamad helisignaalid tajutavad vee all märkimisväärsete vahemaade tagant. Inimene kuuleb lööki vette kastetud metallkanistri pihta 150-200 m kauguselt, kõrist 100 m kauguselt, kella 60 m kauguselt.

Veealused helid on tavaliselt pinnal kuulmatud, nagu ka väljastpoolt tulevaid helisid vee all ei kosta. Veealuste helide tajumiseks peate vähemalt osaliselt sukelduma. Kui sisenete vette põlvini, hakkate tajuma heli, mida pole varem kuulnud. Sukeldumisel helitugevus suureneb. See on eriti hästi kuuldav peaga vette laskmisel.

Pinnalt helisignaalide andmiseks on vaja heliallikas vähemalt poole võrra vette lasta ja helitugevus muutub. Kõrva järgi vee all orienteerumine on äärmiselt keeruline. Õhus jõuab heli ühte kõrva 0,00003 sekundit varem kui teise. See võimaldab teil määrata heliallika asukoha ainult 1-3 ° veaga. Vee all tajuvad heli korraga mõlemad kõrvad ja seetõttu puudub selge suunataju. Suunamisviga on 180°.

Spetsiaalselt seatud katses ainult üksikud valgussukeldujad pärast pikki eksirännakuid ja. otsingud läksid heliallika asukohta, mis asus neist 100-150 m kaugusel Märgiti, et pikaajaline süsteemne treenimine võimaldab arendada oskust vee all üsna täpselt heli järgi navigeerida. Kuid niipea, kui treening peatub, nullitakse selle tulemused ära.

Pikkade vahemaade tagant levib helienergia ainult mööda õrnaid kiiri, mis ei puuduta ookeanipõhja lõpuni. Sel juhul on meediumi poolt heli leviku ulatusele seatud piirang selle neeldumine merevesi. Peamine neeldumismehhanism on seotud lõõgastusprotsessidega, mis kaasnevad akustilise lainega vees lahustunud ioonide ja soolade molekulide vahelise termodünaamilise tasakaalu rikkumisega. Tuleb märkida, et peamist rolli laias helisagedusvahemikus neeldumisel kuulub magneesiumsulfiidsool MgSO4, kuigi protsentuaalselt on selle sisaldus merevees üsna väike - peaaegu 10 korda väiksem kui näiteks NaCl kivisool, mis siiski ei mängi märgatavat rolli. heli neeldumises.

Üldiselt neeldumine merevees on seda suurem, mida kõrgem on heli sagedus. Sagedustel 3-5 kuni vähemalt 100 kHz, kus domineerib ülaltoodud mehhanism, on neeldumine võrdeline sagedusega umbes 3/2 võimsusega. Madalamatel sagedustel aktiveerub uus neeldumismehhanism (võimalik, et boorisoolade olemasolu tõttu vees), mis muutub eriti märgatavaks sadade hertside vahemikus; siin on absorptsioonitase ebatavaliselt kõrge ja väheneb sageduse vähenemisega palju aeglasemalt.

Merevees neeldumise kvantitatiivsete omaduste selgemaks ettekujutamiseks märgime, et selle mõju tõttu nõrgeneb heli sagedusega 100 Hz 10 tuhande km pikkusel teel ja sagedusega 10 kHz. - vaid 10 km kaugusel (joonis 2). Seega saab pikamaa veealuse side jaoks, veealuste takistuste kaugtuvastamiseks jms kasutada ainult madala sagedusega helilaineid.

Joonis 2 – Kaugused, mille juures eri sagedusega helid merevees levides sumbuvad 10 korda.

Sagedusvahemiku 20–2000 Hz kuuldavate helide piirkonnas ulatub keskmise intensiivsusega helide levimise ulatus vee all 15–20 km-ni ja ultraheli piirkonnas 3–5 km-ni.

Laboritingimustes väikese veekoguse korral täheldatud helisummutuse väärtuste põhjal võiks eeldada palju suuremaid vahemikke. Siiski sisse vivo Lisaks vee enda omadustest tingitud summutusele (nn viskoosne summutus) mõjutab ka selle hajumine ja neeldumine keskkonna erinevate ebahomogeensuste poolt.

Heli murdumine ehk helikiire teekonna kõverus on tingitud vee omaduste heterogeensusest, peamiselt piki vertikaali, mille põhjuseks on kolm peamist põhjust: hüdrostaatilise rõhu muutused sügavusega, soolsuse muutused ja temperatuurimuutused, mis on tingitud veemassi ebaühtlasest kuumenemisest päikesekiirte toimel. Nende põhjuste koosmõjul muutub heli levimise kiirus, mis magevee puhul on umbes 1450 m/s ja merevee puhul umbes 1500 m/s, sügavusega ning muutumise seadus sõltub aastaajast. , kellaaeg, reservuaari sügavus ja mitmed muud põhjused . Helikiired, mis väljuvad allikast teatud nurga all horisondi suhtes, painduvad ja painde suund sõltub helikiiruste jaotusest keskkonnas. Suvel, kui ülemised kihid on soojemad kui alumised, kõverduvad kiired allapoole ja peegelduvad enamasti altpoolt, kaotades olulise osa oma energiast. Vastupidi, talvel, kui vee alumised kihid hoiavad oma temperatuuri, samas kui ülemised kihid jahtuvad, painduvad kiired ülespoole ja peegelduvad veepinnalt mitmekordselt, mille käigus läheb palju vähem energiat kaotsi. Seetõttu on talvel heli levimiskaugus suurem kui suvel. Murdumise tõttu nn. surnud tsoonid, st allika lähedal asuvad alad, kus puudub kuuldavus.

Refraktsiooni olemasolu võib aga kaasa tuua heli leviku ulatuse suurenemise – see on helide ülipika levimise nähtus vee all. Mingil sügavusel veepinna all on kiht, milles heli levib väikseima kiirusega; sellest sügavusest kõrgemal suureneb heli kiirus temperatuuri tõusu tõttu ja allpool hüdrostaatilise rõhu suurenemise tõttu sügavusega. See kiht on omamoodi veealune helikanal. Kanali teljest üles või alla murdumise tõttu kõrvale kaldunud kiir kipub alati sinna tagasi sattuma. Kui sellesse kihti asetada heliallikas ja vastuvõtja, saab sadade ja tuhandete kilomeetrite kaugusel salvestada isegi keskmise intensiivsusega helisid (näiteks 1-2 kg väikeste laengute plahvatused). Heli leviku ulatuse olulist suurenemist veealuse helikanali olemasolul võib täheldada siis, kui heliallikas ja vastuvõtja ei asu tingimata kanali telje, vaid näiteks pinna lähedal. Sel juhul tungivad kiired allapoole murdudes sügavatesse kihtidesse, kus kalduvad ülespoole ja väljuvad allikast mitmekümne kilomeetri kaugusel uuesti pinnale. Edasi kordub kiirte levimismuster ja selle tulemusena järjestikku nn. sekundaarsed valgustatud tsoonid, mida tavaliselt jälgitakse mitmesaja km kaugusel.

Kõrgsageduslike helide, eriti ultraheli, levimist, kui lainepikkused on väga väikesed, mõjutavad väikesed ebahomogeensused, mida tavaliselt leidub looduslikes reservuaarides: mikroorganismid, gaasimullid jne. Need ebahomogeensused toimivad kahel viisil: nad neelavad ja hajutavad helilainete energiat. Selle tulemusena väheneb helivibratsioonide sageduse suurenemisega nende levimisulatus. See efekt on eriti märgatav vee pinnakihis, kus esineb kõige rohkem ebaühtlust. Heli hajumine ebahomogeensuste, aga ka veepinna ja põhja ebatasasuste tõttu põhjustab veealuse järelkaja nähtuse, mis kaasneb heliimpulsi saatmisega: ebahomogeensuse ja ühinemise kombinatsioonist peegelduvad helilained annavad viivituse heliimpulss, mis jätkub pärast selle lõppu sarnaselt kinnistes ruumides täheldatava järelkõlaga. Veealune järelkõla on üsna märkimisväärne häire paljudes praktilistes hüdroakustika rakendustes, eriti sonari puhul.

Veealuste helide leviulatuse piire piirab ka nn. meremüra, millel on kaks päritolu. Osa mürast tuleneb lainete mõjust veepinnale, surfist, veerevate kivikeste mürast jne. Teine osa on seotud merefaunaga; see hõlmab kalade ja teiste mereloomade tekitatud helisid.