1826 vid Genèvesjön, Schweiz, Jean-Daniel Colladon, en fysiker och Charles-Francois Sturm, en matematiker, gjorde det första inspelade försöket att bestämma ljudets hastighet i vatten. I sitt experiment slogs undervattensklockan samtidigt med tändning av krut på den första båten. Ljudet av klockan och blixten från krutet observerades 10 miles away på den andra båten., Tiden mellan krutet blinkar och ljudet når den andra båten användes för att beräkna ljudets hastighet i vatten. Colladon och Sturm kunde bestämma ljudets hastighet i vatten ganska exakt med denna metod. J. D. Colladon, Souvenir-och et Memoarer, Albert-Schuchardt, Genève, 1893.
vi vet att ljudet reser. Hur snabbt går det? Ljudet färdas ca 1500 meter per sekund i havsvatten. Det är ungefär 15 fotbollsplaner end-to-end på en sekund. Ljudet färdas mycket långsammare i luften, på cirka 340 meter per sekund, bara 3 fotbollsplaner per sekund.,
tyvärr är svaret verkligen inte riktigt så enkelt. Ljudets hastighet i havsvatten är inte ett konstant värde. Det varierar med en liten mängd (några procent) från plats till plats, säsong till säsong, morgon till kväll och med vattendjup. Även om variationerna i ljudets hastighet inte är stora, har de viktiga effekter på hur ljudet färdas i havet.
vad gör ljudhastigheten förändring? Det påverkas av de oceanografiska variablerna av temperatur, salthalt och tryck., Vi kan titta på effekten av var och en av dessa variabler på ljudhastigheten genom att fokusera på en plats i havet. När oceanografer tittar på förändringen av en oceanografisk variabel med vattendjup, kallar de det en profil. Här kommer vi att undersöka temperaturprofilen, salthaltprofilen och tryckprofilen. I likhet med profilen på ditt ansikte som ger en sidovy av ditt ansikte, ger en oceanografisk profil dig en sidovy över havet på den platsen från topp till botten., Det ser på hur den egenskapen hos havet förändras när du går från havsytan rakt ner till havsytan. Platsen vi ska utforska är mitt i det djupa havet.
här är grundläggande profiler för en plats i det djupa, öppna havet ungefär halvvägs mellan ekvatorn och Nord-eller Sydpolen. I dessa profiler minskar temperaturen när vattnet blir djupare medan salthalt och tryck ökar med vattendjup., Här hänvisar vi till havstrycket på grund av vikten av det överliggande vattnet (jämviktstryck), inte till trycket i samband med en ljudvåg, vilket är mycket, mycket mindre. I allmänhet minskar temperaturen vanligtvis med djup, salthalten kan antingen öka eller minska med djup och trycket ökar alltid med djup.
djupprofiler från det öppna havet av temperatur, salthalt och densitet. Copyright University of Rhode Island.,
från dessa profiler kan man se att temperaturen ändrar en stor mängd, minskar från 20 grader Celsius (°c) nära ytan i mitten av breddgrader till 2 grader Celsius (°C) nära havets botten. Å andra sidan ändras salthalten med endast en liten mängd, från 34 till 35 praktiska Salthaltenheter (PSU), cirka 34 till 35 delar per tusen (ppt). Slutligen ökar trycket med en stor mängd, från 0 vid ytan till 500 atmosfärer (atm) längst ner.,
ljudets hastighet i vatten ökar med ökad vattentemperatur, ökad salthalt och ökat tryck (djup). Den ungefärliga förändringen i ljudets hastighet med en förändring i varje egenskap är:
temperatur 1 ° C = 4,0 m / s
salthalt 1psu = 1,4 m / s
djup (tryck) 1km = 17 m/s
här är en typisk ljudhastighetsprofil för det djupa, öppna havet i mitten av breddgraderna.
profil för ljudets hastighet i vatten. Obs! ljudhastigheten är minst 1000 meter. Copyright University of Rhode Island.,
minskningen av ljudhastigheten nära ytan beror på minskande temperatur. Ljudhastigheten på ytan är snabb eftersom temperaturen är hög från solen värmer de övre lagren av havet. När djupet ökar blir temperaturen kallare och kallare tills den når ett nästan konstant värde. Eftersom temperaturen nu är konstant har vattnets tryck den största effekten på ljudhastigheten. Eftersom trycket ökar med djup ökar ljudhastigheten med djup., Salthalt har en mycket mindre effekt på ljudhastigheten än temperatur eller tryck på de flesta platser i havet. Detta beror på att salthaltens effekt på ljudhastigheten är liten och salthalten förändras i det öppna havet är små. Nära stranden och i flodmynningar, där salthalten varierar kraftigt, kan salthalten ha en viktigare effekt på ljudets hastighet i vatten.
det är viktigt att förstå att hur ljudet färdas är mycket beroende av förhållandena i havet., Ljudhastigheten minimum på ungefär 1000 meters djup i mitten av breddgrader skapar en ljudkanal som låter ljudet färdas långa sträckor i havet. Avsnittet SOFAR Channel ger mer information om hur ljudhastigheten minimum fokuserar ljudvågor i kanalen.
ytterligare länkar på DOSITS
- hur låter resa långa avstånd? SOFAR-kanalen