Nel 1826 sul lago di Ginevra, in Svizzera, Jean-Daniel Colladon, un fisico, e Charles-Francois Sturm, un matematico, fecero il primo tentativo registrato per determinare la velocità del suono in acqua. Nel loro esperimento, la campana subacquea è stata colpita contemporaneamente all’accensione della polvere da sparo sulla prima barca. Il suono della campana e il flash della polvere da sparo sono stati osservati a 10 miglia di distanza sulla seconda barca., Il tempo tra il flash della polvere da sparo e il suono che raggiunge la seconda barca è stato utilizzato per calcolare la velocità del suono in acqua. Colladon e Sturm sono stati in grado di determinare la velocità del suono in acqua in modo abbastanza accurato con questo metodo. J. D. Colladon, Souvenirs et Memoires, Albert-Schuchardt, Ginevra, 1893.
Sappiamo che il suono viaggia. Quanto velocemente viaggia? Il suono viaggia circa 1500 metri al secondo in acqua di mare. Sono circa 15 campi da calcio end-to-end in un secondo. Il suono viaggia molto più lentamente nell’aria, a circa 340 metri al secondo, solo 3 campi da calcio al secondo.,
Sfortunatamente, la risposta non è così semplice. La velocità del suono nell’acqua di mare non è un valore costante. Varia di una piccola quantità (una piccola percentuale) da luogo a luogo, da stagione a stagione, da mattina a sera e con la profondità dell’acqua. Sebbene le variazioni nella velocità del suono non siano grandi, hanno effetti importanti su come il suono viaggia nell’oceano.
Cosa cambia la velocità del suono? È influenzato dalle variabili oceanografiche di temperatura, salinità e pressione., Possiamo osservare l’effetto di ciascuna di queste variabili sulla velocità del suono concentrandosi su un punto nell’oceano. Quando gli oceanografi guardano il cambiamento di una variabile oceanografica con la profondità dell’acqua, lo chiamano un profilo. Qui esamineremo il profilo di temperatura, il profilo di salinità e il profilo di pressione. Simile al profilo del tuo viso che dà una vista laterale del tuo viso, un profilo oceanografico ti dà una vista laterale dell’oceano in quella posizione dall’alto verso il basso., Guarda come cambia quella caratteristica dell’oceano mentre vai dalla superficie del mare fino al fondo del mare. Il punto che andremo ad esplorare è nel mezzo dell’oceano profondo.
Ecco i profili di base per un sito nel profondo, oceano aperto circa a metà strada tra l’equatore e il polo Nord o Sud. In questi profili, la temperatura diminuisce man mano che l’acqua diventa più profonda mentre la salinità e la pressione aumentano con la profondità dell’acqua., Qui ci riferiamo alla pressione dell’oceano dovuta al peso dell’acqua sovrastante (pressione di equilibrio), non alla pressione associata a un’onda sonora, che è molto, molto più piccola. In generale, la temperatura di solito diminuisce con la profondità, la salinità può aumentare o diminuire con la profondità e la pressione aumenta sempre con la profondità.
Profili di profondità dall’oceano aperto di temperatura, salinità e densità. Copyright Università di Rhode Island.,
Da questi profili, si può vedere che la temperatura cambia una grande quantità, diminuendo da 20 gradi Celsius (°C) vicino alla superficie a medie latitudini a 2 gradi Celsius (°C) vicino al fondo dell’oceano. D’altra parte, la salinità cambia solo di una piccola quantità, da 34 a 35 unità di salinità pratiche (PSU), circa da 34 a 35 parti per mille (ppt). Infine, la pressione aumenta di una grande quantità, da 0 in superficie a 500 atmosfere (atm) nella parte inferiore.,
La velocità del suono in acqua aumenta con l’aumentare della temperatura dell’acqua, aumentando la salinità e aumentando la pressione (profondità). La variazione approssimativa della velocità del suono con un cambiamento in ciascuna proprietà è:
Temperatura 1°C = 4,0 m / s
Salinità 1PSU = 1,4 m / s
Profondità (pressione) 1 km = 17 m/s
Ecco un tipico profilo di velocità del suono per l’oceano profondo e aperto a medie latitudini.
Profilo della velocità del suono in acqua. Nota la velocità del suono minima a 1000 metri. Copyright Università di Rhode Island.,
La diminuzione della velocità del suono vicino alla superficie è dovuta alla diminuzione della temperatura. La velocità del suono in superficie è veloce perché la temperatura è alta dal sole che riscalda gli strati superiori dell’oceano. All’aumentare della profondità, la temperatura diventa sempre più fredda fino a raggiungere un valore quasi costante. Poiché la temperatura è ora costante, la pressione dell’acqua ha il maggiore effetto sulla velocità del suono. Poiché la pressione aumenta con la profondità, la velocità del suono aumenta con la profondità., La salinità ha un effetto molto più piccolo sulla velocità del suono rispetto alla temperatura o alla pressione nella maggior parte delle posizioni nell’oceano. Questo perché l’effetto della salinità sulla velocità del suono è piccolo e i cambiamenti di salinità nell’oceano aperto sono piccoli. Vicino alla riva e negli estuari, dove la salinità varia notevolmente, la salinità può avere un effetto più importante sulla velocità del suono in acqua.
È importante capire che il modo in cui il suono viaggia dipende molto dalle condizioni dell’oceano., La velocità minima del suono a circa 1000 metri di profondità nelle medie latitudini crea un canale sonoro che consente al suono di percorrere lunghe distanze nell’oceano. La sezione Canale SOFAR fornisce ulteriori informazioni su come la velocità minima del suono focalizza le onde sonore nel canale.
Collegamenti aggiuntivi su DOSITS
- In che modo il suono percorre lunghe distanze? Il canale SOFAR