v roce 1826 na Ženevském jezeře ve Švýcarsku provedl Jean-Daniel Colladon, fyzik a matematik Charles-Francois Sturm, první zaznamenaný pokus o určení rychlosti zvuku ve vodě. Ve svém experimentu byl podmořský zvon zasažen současně se vznícením střelného prachu na první lodi. Zvuk zvonu a záblesku ze střelného prachu byl pozorován 10 mil daleko na druhé lodi., Čas mezi bleskem střelného prachu a zvukem dosahujícím druhé lodi byl použit k výpočtu rychlosti zvuku ve vodě. Colladon a Sturm dokázali pomocí této metody poměrně přesně určit rychlost zvuku ve vodě. J. D. Colladon, suvenýry a Memoires, Albert-Schuchardt, Ženeva, 1893.
víme, že zvuk cestuje. Jak rychle to cestuje? Zvuk se pohybuje kolem 1500 metrů za sekundu v mořské vodě. To je přibližně 15 fotbalových hřišť end-to-end za jednu sekundu. Zvuk cestuje mnohem pomaleji ve vzduchu, rychlostí asi 340 metrů za sekundu, pouze 3 fotbalová hřiště za sekundu.,
bohužel odpověď opravdu není tak jednoduchá. Rychlost zvuku v mořské vodě není konstantní hodnotou. Mění se o malé množství (několik procent) z místa na místo, sezónu na sezónu, ráno až večer a s hloubkou vody. Ačkoli změny rychlosti zvuku nejsou velké, mají důležité účinky na to, jak zvuk cestuje v oceánu.
Co dělá změnu rychlosti zvuku? To je ovlivněno oceánografickými proměnnými teploty, slanosti a tlaku., Můžeme se podívat na vliv každé z těchto proměnných na rychlost zvuku tím, že se zaměříme na jedno místo v oceánu. Když se oceánografové dívají na změnu oceánografické proměnné s hloubkou vody, nazývají ji profilem. Zde budeme zkoumat teplotní profil, profil slanosti a profil tlaku. Podobně jako profil vaší tváře, který poskytuje boční pohled na vaši tvář, oceánografický profil vám dává boční pohled na oceán na tomto místě shora dolů., Podívá se na to, jak se tato charakteristika oceánu mění, když jdete z mořské hladiny přímo dolů k mořskému dnu. Místo, které se chystáme Prozkoumat, je uprostřed hlubokého oceánu.
zde jsou základní profily pro místo v hlubokém, otevřeném oceánu zhruba v polovině cesty mezi rovníkem a Severním nebo jižním pólem. V těchto profilech, teplota klesá, jak se voda dostane hlouběji, zatímco slanost a zvýšení tlaku s hloubkou vody., Zde se odvoláváme na tlak oceánu v důsledku hmotnosti překrývající se vody (rovnovážný tlak), nikoli na tlak spojený se zvukovou vlnou, která je mnohem, mnohem menší. Obecně platí, že teplota obvykle klesá s hloubkou, slanost může buď vzrůst nebo klesat s hloubkou a tlak se vždy zvyšuje s hloubkou.
hloubkové profily z otevřeného oceánu teploty, slanosti a hustoty. Copyright University of Rhode Island.,
Z těchto profilů, lze vidět, že změny teploty velké množství, klesající od 20 stupňů Celsia (°C) v blízkosti povrchu ve středních zeměpisných šířkách do 2 stupňů Celsia (°C) u dna oceánu. Na druhé straně se slanost mění pouze o malé množství, z 34 na 35 praktických jednotek slanosti (PSU), přibližně 34 až 35 dílů na tisíc (ppt). Nakonec se tlak zvyšuje o velké množství, od 0 na povrchu až po 500 atmosfér (atm) na dně.,
rychlost zvuku ve vodě se zvyšuje se zvyšující se teplotou vody, zvyšuje slanost a zvyšuje tlak (hloubka). Přibližnou změnu v rychlost zvuku se mění v každé nemovitosti je:
Teplota 1°C = 4.0 m/s
Slanost 1PSU = 1.4 m/s
Hloubka (tlak) 1km = 17 m/s
Zde je typický zvuk rychlostní profil pro hluboké, otevřené moře v polovině zeměpisných šířkách.
profil rychlosti zvuku ve vodě. Všimněte si minimální rychlosti zvuku na 1000 metrů. Copyright University of Rhode Island.,
snížení rychlosti zvuku v blízkosti povrchu je způsobeno klesající teplotou. Rychlost zvuku na povrchu je rychlá, protože teplota je vysoká od Slunce, které zahřívá horní vrstvy oceánu. Jak se hloubka zvyšuje, teplota je chladnější a chladnější, dokud nedosáhne téměř konstantní hodnoty. Protože teplota je nyní konstantní, tlak vody má největší vliv na rychlost zvuku. Protože tlak se zvyšuje s hloubkou, rychlost zvuku se zvyšuje s hloubkou., Slanost má mnohem menší vliv na rychlost zvuku než teplota nebo tlak na většině míst v oceánu. Je to proto, že účinek slanosti na rychlost zvuku je malý a změny slanosti v otevřeném oceánu jsou malé. V blízkosti pobřeží a v ústí řek, kde se slanost velmi liší, může mít slanost důležitější vliv na rychlost zvuku ve vodě.
je důležité si uvědomit, že způsob, jakým zvuk cestuje, je velmi závislý na podmínkách oceánu., Minimální rychlost zvuku při hloubce zhruba 1000 metrů ve středních zeměpisných šířkách vytváří zvukový kanál, který umožňuje zvuk cestovat na dlouhé vzdálenosti v oceánu. Sekce SOFAR Channel poskytuje více informací o tom, jak minimální rychlost zvuku zaostří zvukové vlny do kanálu.
Další odkazy na DOSITY
- jak zvuk cestuje na dlouhé vzdálenosti? Kanál SOFAR