Распространение звуковых волн

Звуковые волны при своем распространении подчиняются тем же закономерностям, что и световые. В частности, они могут огибать препятствия, (явление дифракции), для них выполняются законы отражения и преломления. На границе раздела двух сред (например, воздух-вода) направление распространения звуковых волн изменяется. На основании закона преломления

Рис. 23.5

можно сделать вывод, что если v₂ < v₁, то a < b, т.е. угол преломления меньше угла падения (рис. 23.5, а).

Если в среде скорость звука плавно изменяется от точки к точке, то возникает явление рефракции — искривления звуковых лучей в неоднородной среде. При этом звуковые лучи изгибаются всегда в сторону слоя с меньшей скоростью звуковой волны (рис. 23.5, б) и рефракция выражена тем сильнее, чем больше градиент неоднородности среды и соответственно скорости звука.

В морской воде скорость звука зависит от ее солености, плотности, температуры и других факторов. В результате, скорость звука изменяется с изменением глубины (рис. 23.6). Из-за рефракции образуются зоны тени (мертвые зоны) — рис.23.6, а; а звук может возвратиться к поверхности моря, не достигнув дна (рис. 23.6, б); возможно также возникновение сверхдальних звуковых каналов (рис. 23.6, в). Канал — это слой воды, в котором звук распространяется с наименьшей скоростью. Луч отклонившийся от канала вверх или вниз, возвращается в него обратно. В таком канале звук может распространяться на расстояния в сотни и тысячи километров.

Звуковая волна, распространяясь в среде, затухает в соответствии с законом , где I — интенсивность звука, прошедшего слой среды толщиной x; I₀ — начальная интенсивность звука; a — коэффициент поглощения.

Особенность распространения звуковых волн в воде — их слабое затухание. Никакие виды электромагнитных волн, в том числе световые, не распространяются в воде на сколько-нибудь значительные расстояния, поэтому звуковые волны — это единственно возможное средство получения информации и связи под водой. Для этих целей используют как звуковые, так и ультразвуковые частоты. Наиболее широко в гидроакустике применяются эхолоты и гидролокаторы, которые используют для навигационных целей (плавание вблизи скал, рифов); для рыбопромысловой разведки, поисковых работ; для решения военных задач (поиск подводных лодок противника, безперископная торпедная атака и т.д.). Пассивным средством подводного наблюдения служат шумопеленгаторы.