in 1826 deden Jean-Daniel Colladon, een natuurkundige, en Charles-Francois Sturm, een wiskundige, de eerste geregistreerde poging om de geluidssnelheid in water te bepalen. In hun experiment werd de onderwaterbel tegelijk geraakt met het ontsteken van buskruit op de eerste boot. Het geluid van de bel en de flits van het buskruit werden 10 mijl verderop waargenomen op de tweede boot., De tijd tussen de buskruitflits en het geluid dat de tweede boot bereikte werd gebruikt om de snelheid van het geluid in het water te berekenen. Met deze methode konden Colladon en Sturm de geluidssnelheid in water vrij nauwkeurig bepalen. J. D. Colladon, Souvenirs et Memoires, Albert-Schuchardt, Genève, 1893.
we weten dat geluid reist. Hoe snel gaat het? Geluid reist ongeveer 1500 meter per seconde in zeewater. Dat zijn ongeveer 15 voetbalvelden end-to-end in één seconde. Geluid reist veel langzamer in de lucht, met ongeveer 340 meter per seconde, slechts 3 voetbalvelden per seconde.,
helaas is het antwoord niet zo eenvoudig. De geluidssnelheid in zeewater is geen constante waarde. Het varieert met een kleine hoeveelheid (een paar procent) van plaats tot plaats, seizoen tot seizoen, ’s morgens tot’ s avonds, en met waterdiepte. Hoewel de variaties in de snelheid van geluid niet groot zijn, hebben ze belangrijke effecten op hoe geluid in de oceaan reist.
wat verandert de geluidssnelheid? Het wordt beïnvloed door de oceanografische variabelen temperatuur, zoutgehalte en druk., We kunnen kijken naar het effect van elk van deze variabelen op de geluidssnelheid door te focussen op één plek in de oceaan. Als oceanografen kijken naar de verandering van een oceanografische variabele met waterdiepte, noemen ze het een profiel. Hier zullen we het temperatuurprofiel, het zoutgehalte en het drukprofiel onderzoeken. Vergelijkbaar met het profiel van je gezicht dat een zijaanzicht van je gezicht geeft, geeft een Oceanografisch profiel je een zijaanzicht van de oceaan op die locatie van boven naar beneden., Het kijkt hoe dat kenmerk van de Oceaan verandert als je van het zeeoppervlak rechtstreeks naar de zeebodem gaat. De plek die we gaan verkennen is in het midden van de diepe oceaan.
Hier zijn basisprofielen voor een site in de diepe, open oceaan, ongeveer halverwege de evenaar en de Noord-of Zuidpool. In deze profielen neemt de temperatuur af naarmate het water dieper wordt, terwijl het zoutgehalte en de druk toenemen met de waterdiepte., Hier hebben we het over de oceaandruk door het gewicht van het bovenliggende water (evenwichtsdruk), niet over de druk die gepaard gaat met een geluidsgolf, die veel, veel kleiner is. In het algemeen neemt de temperatuur meestal af met de diepte, kan het zoutgehalte toenemen of afnemen met de diepte en neemt de druk altijd toe met de diepte.
diepteprofielen uit de open oceaan van temperatuur, zoutgehalte en dichtheid. Copyright Universiteit van Rhode Island.,
uit deze profielen blijkt dat de temperatuur sterk verandert en daalt van 20 graden Celsius (°C) nabij het oppervlak in de middelste breedtegraden tot 2 graden Celsius (°C) nabij de bodem van de oceaan. Aan de andere kant verandert het zoutgehalte slechts met een kleine hoeveelheid, van 34 tot 35 praktische Zouteenheden (PSU), ongeveer 34 tot 35 delen per duizend (ppt). Tenslotte neemt de druk met een grote hoeveelheid toe, van 0 aan het oppervlak tot 500 atmosferen (atm) aan de onderkant.,
de geluidssnelheid in water neemt toe met toenemende watertemperatuur, toenemend zoutgehalte en toenemende druk (diepte). De geschatte verandering in de snelheid van het geluid met een verandering in elke eigenschap is:
temperatuur 1°C = 4,0 m/s
zoutgehalte 1PSU = 1,4 m/s
diepte (druk) 1km = 17 m/s
Hier is een typisch geluidssnelheidsprofiel voor de diepe, open oceaan in het midden van breedtegraden.
profiel van de geluidssnelheid in water. Let op de geluidssnelheid minimum op 1000 meter. Copyright Universiteit van Rhode Island.,
de daling van de geluidssnelheid in de buurt van het oppervlak is te wijten aan dalende temperatuur. De geluidssnelheid aan het oppervlak is snel omdat de temperatuur hoog is door de zon die de bovenste lagen van de oceaan opwarmt. Als de diepte toeneemt, wordt de temperatuur kouder en kouder tot het een bijna constante waarde bereikt. Omdat de temperatuur nu constant is, heeft de druk van het water het grootste effect op de geluidssnelheid. Omdat de druk toeneemt met de diepte, neemt de geluidssnelheid toe met de diepte., Zoutgehalte heeft een veel kleiner effect op de geluidssnelheid dan temperatuur of druk op de meeste locaties in de oceaan. Dit komt omdat het effect van zoutgehalte op de geluidssnelheid klein is en saliniteitsveranderingen in de open oceaan klein zijn. Bij de kust en in estuaria, waar het zoutgehalte sterk varieert, kan zoutgehalte een belangrijker effect hebben op de geluidssnelheid in water.
Het is belangrijk om te begrijpen dat de manier waarop geluid reist sterk afhankelijk is van de omstandigheden van de oceaan., De minimale geluidssnelheid op ongeveer 1000 meter diepte in het midden van breedtegraden creëert een geluidskanaal dat geluid lange afstanden laat afleggen in de oceaan. Het gedeelte SOFAR Channel biedt meer informatie over hoe het minimum aan geluidssnelheid geluidsgolven in het kanaal focust.
aanvullende Links op DOSITS
- Hoe reist geluid lange afstanden? Het huidige kanaal