Міністерство освіти Російської Федерації

Хорольський район с. Ярославський

Середня школа № 1

Тема:

"гідроакустики-інструмент вивчення Світового Океану"

реферат

Виконав: учень 11 "D" класу

Бабенко Олексій Олександрович

2000

-1 -

П л а н .

1. Введення. Чому я хочу вступити на спеціальність "Акустичні системи та прилади".

2. Глава I. Людина і Океан.

3. Глава II. Чим займається гідроакустики.

4. Глава III. Методи вимірювання глибин.

5. Висновок.

-2 -

ВСТУП

Чому я хочу вступити на спеціальність "Акустичні системи та прилади".

Спеціальність "Акустичні системи та прилади "здається мені найбільш прийнятною для мого складу розуму. Мені подобається пошук, мене приваблює можливість нестандартних рішень проблем. Крім того, можна придбати навички науково-дослідницької роботи. Мені подобаються фізика і математика, і це зовсім не виключає романтики. Без ультразвукової діагностики неможлива сучасна медицина, без ультразвукової обробки-інженерія.

Ультразвук застосовується у практиці фізичних, фізико-хімічних та біологічних досліджень, а також у навігації, підводного зв'язку. Він допомагає передбачити можливі землетруси, служить для передачі корисної інформації, бореться зі шкідниками. Наприклад, дуже часто реальну загрозу представляють птиці: літакам - коли пернаті накопичуються в зонах аеродромів; електричних мереж - коли граки і ворони гніздяться на опорах високовольтних ліній, землеробства - коли розплодилися птиці нападають на сади і виноградники; рибництва - коли ненажерливі чайки винищують рибну молодь в мілководних розплідниках. Ультразвук допоміг вирішити і проблеми, що виникають на птахофабриках. "Бройлер" - генератор звукових частот видає в певному режимі сигнали, які впливають на слух ембріона, сприймає сигнали гучномовця як материнські. Розроблено та
"Сінхротемп", що імітує "лідера" в кладці. Його "клацання" примушують весь виводок дихати в нав'язаної йому ритмі, а отже, і вилуплюються одночасно. Створено та "Діапазон" - прилад для визначення статі у курчат.

Ми живемо у світі акустики, і людство ще чекають відкриття. Вважаю, що за акустикою - майбутнє, і фахівці цієї області будуть потрібні завжди.
Дуже сподіваюся принести користь людям.

-3 -

Глава I

Людина і Океан.

Багатовікова історія людського суспільства, весь його шлях до прогресу найтіснішим чином пов'язані з океаном - з мореплавством, з освоєнням його величезних харчових, сировинних, а пізніше і паливно-енергетичних ресурсів.
"Дуже скоро з Океаном, можливо, буде пов'язана проблема самого існування людства, "- стверджував відомий дослідник морських глибин Жак-Ів Кусто.

"Дуже скоро всім нам доведеться піти на уклін до бога морів - просити його поділитися з людьми своїми багатствами "," Загроза мінерального голоду в буквальному сенсі змусить людину активно освоювати Океан ", - вторять йому вчені академіки - геолог В. І. Смирнов і океанолог Л. М. Бреховскіх.

А що ми знаємо про Океані?

Рельєф суші давно відображений в докладних географічних картах, а про рельєфі дна величезного простору Океану до недавнього часу було лише дуже приблизне уявлення. У 1975 році в Радянському Союзі був виданий геолого-геофізичний атлас Індійського океану. У ньому багато нових детальних карт дна. Океанологами вивчений не тільки рельєф, а й розподіл відкладень, глибинне будову земної кори, підводні землетруси, магнітні аномалії. У наші дні Океан вивчають різними способами. Важко досліджувати глибини на спеціальних апаратах без надійної зв'язку з поверхнею. А радіохвилі, що служать нам вірою і правдою на Землі і в космосі, гаснуть у воді, подолавши лише десятки-сотні метрів. Замінити їх поки що можуть лише хвилі акустичні.

-4 -

Глава II

Чим займається гідроакустики.

гідроакустики займається питанням генерування, передачі, прийому та використання природного звуку. Оскільки радіо-та світлові хвилі у великій ступеня поглинаються водами океанів, а звукові хвилі практично не поглинаються, звук використовується для зондування дна океанів, визначення місцезнаходження різних об'єктів в океанах, дослідження природи донних відкладень і як засіб зв'язку.

Самим раннім використанням підводного звуку була установка під плавучі маяки і бакени дзвонів, занурених у воду. У період поганий видимості звук цих дзвонів можна було знайти на великих відстанях за допомогою гідрофони, які встановлюються в корпусі судна.

У 1912 р. Томас Грін Фессенден розробив електромагнітний джерело звуку, який дозволив здійснити зв'язок між судами шляхом підводного сигналізації за допомогою азбуки Морзе. Розробка ехолота з'явилася іншим прикладом раннього використання гідроакустики. У 1937 році вперше був застосований новий метод вимірювання глибин, заснований на ефекті звукового сигналу від дна.

Вимірювання глибин ехолотом змінили старі уявлення вчених про рельєф дна океану. Майже всі проміри зараз проводяться ехолотом, а сам метод отримав назву ехолотірованія. Швидкість поширення звукових сигналів звичайна дорівнює 1460 м/с (800 мор. сажнів). Для точного вимірювання глибин абсолютно необхідно мати джерело коливань зі строго певною періодичністю посилки звукових сигналів. В іншому випадку незначні відхилення в періодичності посилки сигналу та зміни напруги харчування можуть вплинути на синхронність роботи самописця, що потягне за собою істотні похибки у визначенні часу між прямим і відбитим звуковим імпульсом на ехограм.

Більшість застосовуваних зараз ехолотів забезпечено вбудованими стабілізаторами частоти посилки сигналів, що забезпечує стабільне керуюче напруга самописам; в результаті досягається майже 100% точність вимірювання. Метод ехолотірованія не дозволяє з такою ж точністю отримувати

-5 -

абсолютні глибини, оскільки швидкість проходження звуку через товщу води для різних глибин різна. Тим не менше повторне

зондування при зміні частоти сигналів має показати ті ж самі величини.

Помилки іншого роду при ехолотірованіі (у старих моделях ехолотів) відбуваються через те, що промінь, що посилається ехолотом, розповсюджується не в вигляді вузького вертикального пучка, а у вигляді конуса з тілесним кутом близько 30
°. У результаті в тих випадках, коли проводиться зондування крутих схилів, сигнал зазвичай відбивається від найближчої до судна точки на схилі, а не від поверхні дна строго під судном. Ехолот вимірює глибину води під корпусом судна шляхом хронометрірованія луни коротких звукових імпульсів, відбиваються від дна океану. Спочатку основними завданнями гідроакустики були виявлення підводних човнів, визначення дальності розповсюдження звуку і т.д. В даний час гідроакустики є областю і прикладних наукових досліджень. Заломлення і відображення звуку використовуються геофізиками і морськими геологами для використання глибинної структури океанічного дна (сейсмічне профілювання) і складання карт дна океанів (вимірювання ехолотом). Біологи моря вивчають звуки, що видаються різними формами морської фауни.

Швидкість поширення звуку дорівнює квадратному кореню з відношення стисливості морської води до її щільності і в океанах залежить від температури, солоності і тиску (глибини). Основний вплив на швидкість звуку надає температура. Швидкість звуку в морській воді коливається від 1450 до
1570 м/c; вона збільшується зі збільшенням температури на змінну величину, що становить приблизно 4,5 м/c на 1 ° С; вона також збільшується на
1,3 м/c в міру зростання солоності води на 1 0/00, і, нарешті, вона збільшується з глибиною на 1,70 м/c на 100 м.

Застосування електронних методів для акустичних і сейсмічних досліджень, а також для вивчення магнетизму, сил тяжкості теплового потоку на океанічної корі має величезне значення для швидкого розвитку морської геології.

Розвиток ехолотірованія спонукало фахівців, що займаються морськими підводними зйомками скласти досить докладні карти континентальних шельфів і схилів.

У 50-і роки істотною внеском у розвиток морської геології з'явилися розробка і використання сейсмічного

-6 -

профілювання методом відбитих хвиль, що дозволило вивчити характер структур і формацій, що залягає під поверхнею океанічного дна. Цим методом були досліджені багато континентальні схили на земній кулі; незліченні профілі перетнули всі океани, що забезпечило надходження величезного потоку інформації.

Акустичні прилади, буксирувані поблизу морського дна, забезпечують отримання більш точних профілів рельєфу, ніж ті, які отримували за допомогою приладів, встановлених на надводних судах. Метод бокового сканування, використовує бортові або заглибні буксирувані прилади (геосонари), дають можливість охопити широкі смуги дна по обидві сторони від рухомого судна, завдяки чому можна отримати тривимірну картину рельєфу дна.

Значний прогрес у підвищенні точності визначення місця розташування судів досягнутий завдяки таким нововведенням, як супутникова навігація і тріангуляція за допомогою системи занурювані буїв, забезпечених акустичними приладами (транспондерами). З великим успіхом застосовуються та інші електронні навігаційні пристрої, а також суднові комп'ютери, системи накопичення, зберігання і обробки даних.

-7 -

Глава III

Методи вимірювання глибин.

До 1920 р. всі проміри глибин здійснювалися таким чином: у воду опускали вантаж, підвішений на кінці лина; коли вантаж сягав дна (цей момент відзначався на лине), лин з вантажем вибирали і заміряли довжину лина.
Після 1870 мотузяний лин, розтягнення якого позначалося на результати вимірювання, був замінений металевим тросом. Для отримання істинної глибини дна необхідно, щоб положення троса в момент виміру було близьке до вертикального. Проміри за допомогою металевого троса також вельми скрутні, навіть при використанні швидкісних лебідок і високоманеврений судів, спуск вантажу з яких може проводитися при майже вертикальному положенні троса. Глибоководний промір цим способом займає годинник.

Існує ще один метод для отримання картини поверхні дна по обидві сторони від маршруту судна, що складається у використанні гідролокатора, аналогічного пристроїв, що застосовуються для виявлення підводних човнів. Луч цього випромінювача спрямований вниз під невеликим кутом від поверхні океану.

сейсмічне профілювання методом відбиття

хвиль (МОВ) схоже з ехолотірованіем, однак тут замість високочастотних використовуються низькочастотні імпульси пружних хвиль, які в меншій мірі поглинаються при проходженні через шари опадів і корінних порід морського дна. Межі між шарами осадових порід виходять у вигляді смуг, що лежать під донної поверхнею і виражаються ущільненням запису. Це дає можливість виявити будову осадових верств, визначити глибину залягання фундаменту і інших важливих кордонів розділу океанічної кори. Також за допомогою сейсмічних досліджень було встановлено, що під океанами, як і під континентами є поверхня розділу, нижче за яку звукові хвилі поширюються зі швидкістю, кілька перевищує 8 км/сек, тоді як вище цієї поверхні швидкість розповсюдження їх більш низька.

Академік Л. Бреховскіх розробив докладну теорію розповсюдження звукової енергії, яку він назвав "підводним звуковим каналом", і та 1976 році його разом з колективом авторів монографії "Акустика океану" нагородили Державної

-8 -

премією. Експерименти проводилися на науково-дослідних судах "Сергій
Вавилов "і" Петро Лебедєв ", перший плавучих лабораторіях, спеціально пристосованих для цього.

Аналогічне відкриття зробили й американці. Втім, їх роботи проводилися в обстановці суворої секретності, а результати не публікувалися, ймовірно, через військової спрямованості досліджень.

Дальність дії підводних каналів вражаюча! Звук від підводного вибуху полуторакілограммового заряду в Атлантиці зафіксували прилади на
Бермудських островах, що перебувають в 4500 км від місця експерименту. У повітрі такий вибух був би чути на відстані не більше 4 км, а в лісі -- не більше 200 м. За допомогою хвилеводів в даний час фіксуються ядерні випробування.

Це явище привело фахівців до принципово нової ідеї акустичної рятувальної служби: достатньо підірвати сигнальну гранату, щоб миттєво визначити місце аварії або катастрофи та організувати допомогу.

Крім того, акустичний хвилевід виявився дуже корисним і для метеорологів: підводні приймачі, виявляється, можуть вловлювати шуми з епіцентру урагану, бурхливого за сотні кілометрів від станції. Стежачи за напрямком і гучністю цих зауков, в принципі неважко розрахувати і курс урагану, перехопити відлуння грізного цунамі, що особливо важливо для жителів прибережних районів - адже від Чилі до Гавайських островів хвиля цунамі йде 10 год, а від Чилі до Японії - 20ч. Суща черепаха в порівнянні з своїм звуковим супроводом!

-9 -

Висновок.

Не виключено, що океанські акустичні комунікації відіграють роль своєрідною нитки Аріадни для деяких морських тварин, наприклад, для дельфінів. Наші водні брати по розуму володіють таким чутливим звуколокатором, що напевно куди раніше беруть предепрежденія про сейсмічних катастрофах, підводних виверженнях, цунамі та урагани, ніж сучасна апаратура, створена людиною. Але, без сумніву, настане час, коли і ми будемо настільки ж добре посвячені в таємниці блакитного континенту!

Мені дуже хочеться бути причетним до цих відкриттів, ось чому я вибрав факультет "Акустичні системи та прилади" - дорогу до вивчення
Світового Океану.

-10 -

Список літератури:

1. Океанографічна енциклопедія. Под ред. канд. геогр. наук Мироненко

З. І., Ковель Л. В. "Гидрометеоиздат", 1974 р.

2. Шепард Ф. П. Морська геологія. Переклад з англійської Філатова С., під ред. канд. геол.-мінер. наук Ласточкіна А. Н. Ленінград,

"Надра", 1976 р.

3. Аксенов А., Чернов А. Людина і океан. Москва, "Міжнародна бібліотека", 1979 р.

4. Єрмолаєв Г. Морська лоція. Москва, "Транспорт", 1975 р.

5. Радянський енциклопедичний словник. Под ред. Прохорова А. М.

Москва, "Радянська енциклопедія", 1984 р.

6. Климова. В. Радиоволна повідомляє про хворобу. Журнал "Техніка - молоді" № 4, 1985 р.

7. Глущенко Н. Нас розуміють і слухають нас. Журнал "Техніка - молоді" № 8, 1983 р.

8. Малаєв А. Акустика і ... кури. Журнал "Техніка - молоді" № 2, 1982 р.

9. Юша Ю. Загадка гори Кінмей. Журнал "Техніка - молоді" № 2, 1980 р.

10. Родик В. Світло і звук у природних хвилеводах. Журнал "Техніка - молоді" № 6, 1979 р.