I 1826 på Lake Geneva, Schweiz, Jean-Daniel Colladon, en fysiker, og Charles-François Sturm, en matematiker, har lavet den første registrerede forsøg på at bestemme lydens hastighed i vand. I deres eksperiment blev undervandsklokken ramt samtidig med tænding af kruttet på den første båd. Lyden af klokken og flash fra kruttet blev observeret 10 miles væk på den anden båd., Tiden mellem krutteflashen og lyden, der nåede den anden båd, blev brugt til at beregne lydens hastighed i vand. Colladon og Sturm var i stand til at bestemme lydens hastighed i vand ret præcist med denne metode. J. D. Colladon, Souvenirs et Memoires, Albert-Schuchardt, Gen Genevave, 1893.
Vi ved, at lyden rejser. Hvor hurtigt kører det? Lyd rejser omkring 1500 meter i sekundet i havvand. Det er cirka 15 fodboldbaner ende til ende på et sekund. Lyd rejser meget langsommere i luften, omkring 340 meter i sekundet, kun 3 fodboldbaner i sekundet.,
Desværre er svaret virkelig ikke så simpelt. Lydens hastighed i havvand er ikke en konstant værdi. Det varierer med en lille mængde (et par procent) fra sted til sted, sæson til sæson, morgen til aften og med vanddybde. Selvom variationerne i lydens hastighed ikke er store, har de vigtige effekter på, hvordan lyd rejser i havet.
Hvad får lydhastigheden til at ændre sig? Det påvirkes af de oceanografiske variabler af temperatur, saltholdighed og tryk., Vi kan se på effekten af hver af disse variabler på lydhastigheden ved at fokusere på et sted i havet. Når oceanografer ser på ændringen af en oceanografisk variabel med vanddybde, kalder de det en profil. Her vil vi undersøge temperaturprofilen, saltholdighedsprofilen og trykprofilen. I lighed med profilen på dit ansigt, der giver et sidebillede af dit ansigt, giver en oceanografisk profil dig et sidebillede af havet på det sted fra top til bund., Det ser på, hvordan denne egenskab ved havet ændrer sig, når du går fra havoverfladen lige ned til havbunden. Stedet vi skal udforske er midt i det dybe hav.
Her er grundlæggende profiler for et sted i det dybe, åbne hav omtrent halvvejs mellem ækvator og nord-eller Sydpolen. I disse profiler falder temperaturen, når vandet bliver dybere, mens saltholdigheden og trykket stiger med vanddybden., Her henviser vi til havtrykket på grund af vægten af det overliggende vand (ligevægtstryk), ikke til det tryk, der er forbundet med en lydbølge, som er meget, meget mindre. Generelt falder temperaturen normalt med dybden, saltholdigheden kan enten stige eller falde med dybden, og trykket stiger altid med dybden.
Dybdeprofiler fra det åbne hav af temperatur, saltholdighed og densitet. Copyright University of Rhode Island.,
fra disse profiler kan det ses, at temperaturen ændrer en stor mængde, der falder fra 20 grader Celsius (C C) nær overfladen i midterbreddegrader til 2 grader Celsius (. C) nær bunden af havet. På den anden side ændres saltholdigheden kun med en lille mængde, fra 34 Til 35 praktiske Saltholdighedsenheder (PSU), cirka 34 Til 35 dele pr. Endelig øges trykket med en stor mængde, fra 0 ved overfladen til 500 atmosfærer (atm) i bunden.,
lydens hastighed i vand stiger med stigende vandtemperatur, stigende saltholdighed og stigende tryk (dybde). Den omtrentlige ændring i hastigheden af lyd med en forandring i hvert enkelt ejendom er:
Temperatur 1°C = 4.0 m/s
Saltholdighed 1PSU = 1.4 m/s
Dybde (presset) 1 km = 17 m/s
Her er en typisk forsvarlig hastighed profil for den dybe, åbne hav i midten af breddegrader.
Profil af lydens hastighed i vand. Bemærk lydhastigheden minimum ved 1000 meter. Copyright University of Rhode Island.,
faldet i lydhastighed nær overfladen skyldes faldende temperatur. Lydhastigheden ved overfladen er hurtig, fordi temperaturen er høj fra solen, der opvarmer de øverste lag af havet. Når dybden stiger, bliver temperaturen koldere og koldere, indtil den når en næsten konstant værdi. Da temperaturen nu er konstant, har vandtrykket den største effekt på lydhastigheden. Da trykket stiger med dybden, øges lydhastigheden med dybden., Saltholdighed har en meget mindre effekt på lydhastigheden end temperatur eller tryk på de fleste steder i havet. Dette skyldes, at effekten af saltholdighed på lydhastigheden er lille, og saltholdighedsændringer i det åbne hav er små. Nær kysten og i flodmundinger, hvor saltholdigheden varierer meget, kan saltholdighed have en vigtigere effekt på lydens hastighed i vand.
det er vigtigt at forstå, at den måde, hvorpå lyd rejser, er meget afhængig af havets forhold., Lydhastighedsminimum ved cirka 1000 meters dybde i mellembreddegrader skaber en lydkanal, der lader lyd rejse lange afstande i havet. SOFAR Channel-sektionen giver mere information om, hvordan lydhastighedsminimum fokuserer lydbølger ind i kanalen.
yderligere Links til DOSITS
- hvordan rejser lyd lange afstande? SOFAR-kanalen