1826-ban a svájci Genfi-tónál Jean-Daniel Colladon, fizikus és Charles-Francois Sturm matematikus, az első feljegyzett kísérlet a hangsebesség meghatározására a vízben. Kísérletükben a víz alatti harangot egyszerre ütötték meg a puskapor gyújtásával az első hajón. A második hajón 10 mérföldnyire észlelték a puskaporból érkező csengő és villanás hangját., A puskapor villogása és a második csónakot elérő hang közötti idő segítségével kiszámították a vízben a hang sebességét. A Colladon és a Sturm ezzel a módszerrel meglehetősen pontosan tudták meghatározni a vízben a hang sebességét. J. D. Colladon, Souvenires et Memoires, Albert-Schuchardt, Genf, 1893.
tudjuk, hogy a hang utazik. Milyen gyorsan utazik? A hang másodpercenként körülbelül 1500 métert halad a tengervízben. Ez körülbelül 15 futballpálya végponttól végpontig egy másodperc alatt. A hang sokkal lassabban halad a levegőben, körülbelül 340 méter másodpercenként, csak 3 futballpálya másodpercenként.,
sajnos a válasz valójában nem olyan egyszerű. A tengervíz hangsebessége nem állandó érték. Kis mennyiségben (néhány százalék) változik egyik helyről a másikra, évszakról szezonra, reggeltől estig, vízmélységgel. Bár a hangsebesség változása nem nagy, fontos hatással vannak arra, hogy a hang hogyan halad az óceánban.
mitől változik a hangsebesség? Ezt befolyásolja a hőmérséklet, a sótartalom és a nyomás Oceanográfiai változói., Megnézhetjük az egyes változók hatását a hangsebességre azáltal, hogy az óceán egy helyére összpontosítunk. Amikor az oceanográfusok a vízmélységgel rendelkező Oceanográfiai változó változását vizsgálják, profilnak nevezik. Itt megvizsgáljuk a hőmérsékleti profilt, a sótartalom profilt, valamint a nyomásprofilt. Az arcod profiljához hasonlóan, amely oldalnézetet ad az arcodról, egy Oceanográfiai profil oldalnézetet ad az óceánról ezen a helyen fentről lefelé., Úgy néz ki, hogy az óceán jellemzője hogyan változik, amikor a tenger felszínéről egyenesen a tengerfenékre megy. A helyszínen fogunk felfedezni a közepén a mély óceán.
itt vannak az alapprofilok a mély, nyílt óceánban, nagyjából félúton az Egyenlítő és az északi vagy déli pólus között. Ezekben a profilokban a hőmérséklet csökken, ahogy a víz mélyebbé válik, míg a sótartalom és a nyomás a víz mélységével nő., Itt az óceán nyomására utalunk a fedő víz súlya (egyensúlyi nyomás) miatt, nem pedig a hanghullámhoz kapcsolódó nyomásra, amely sokkal, sokkal kisebb. Általában a hőmérséklet általában csökken a mélységgel, a sótartalom növelheti vagy csökkentheti a mélységet, a nyomás pedig mindig növekszik a mélységgel.
a hőmérséklet, sótartalom és sűrűség nyílt óceánjának Mélységprofiljai. Szerzői jog Egyetem Rhode Island.,
ezekből a profilokból látható, hogy a hőmérséklet nagy mennyiségben változik, 20 Celsius fokról (°C) a felszín közelében, középszélességben 2 Celsius fokig (°C) csökken az óceán alja közelében. Másrészt a sótartalom csak kis mennyiségben változik, 34-35 gyakorlati sótartalom egység (PSU), körülbelül 34-35 rész / ezer (ppt). Végül a nyomás nagy mennyiségben növekszik, 0-tól a felületen 500 atmoszféra (atm) alul.,
a hang sebessége a vízben növekszik a vízhőmérséklet növekedésével, a sótartalom növekedésével és a nyomás növelésével (mélység). A hangsebesség hozzávetőleges változása az egyes tulajdonságok változásával:
hőmérséklet 1°c = 4,0 m/s
sótartalom 1psu = 1,4 m/s
mélység (nyomás) 1km = 17 m/s
itt van egy tipikus hangsebesség-profil a mély, nyílt óceánhoz középszélességben.
a víz hangsebességének profilja. Vegye figyelembe a minimális hangsebességet 1000 méteren. Szerzői jog Egyetem Rhode Island.,
a hangsebesség csökkenése a felület közelében a csökkenő hőmérsékletnek köszönhető. A hangsebesség a felszínen gyors, mert a hőmérséklet magas a naptól, amely felmelegíti az óceán felső rétegeit. Ahogy a mélység növekszik, a hőmérséklet egyre hidegebb lesz, amíg el nem éri a közel állandó értéket. Mivel a hőmérséklet most állandó, a víz nyomása a legnagyobb hatással van a hangsebességre. Mivel a nyomás a mélységgel növekszik, a hangsebesség a mélységgel növekszik., A sótartalom sokkal kisebb hatással van a hangsebességre, mint az óceán legtöbb pontján a hőmérséklet vagy a nyomás. Ennek oka az, hogy a sótartalom hatása a hangsebességre kicsi, a nyílt óceán sótartalma pedig kicsi. A part közelében és a torkolatoknál, ahol a sótartalom nagymértékben változik, a sótartalom fontosabb hatással lehet A Víz hangsebességére.
fontos megérteni, hogy a hang utazásának módja nagymértékben függ az óceán körülményeitől., A hangsebesség minimum körülbelül 1000 méter mélységben középszélességben olyan hangcsatornát hoz létre, amely lehetővé teszi a hang nagy távolságokat az óceánban. A SOFAR csatorna szakasz további információt nyújt arról, hogy a hangsebesség minimális hogyan fókuszálja a hanghullámokat a csatornába.
további linkek a DOSITS-en
- hogyan halad a hang nagy távolságokat? A SOFAR csatorna