5. Dźwięk w morzu

Question 1

Jaką falą jest dźwięk?

Answer 1

Podłużną - propagacja fali dźwiękowej odbywa się w tym samym kierunku, w którym cząsteczki ośrodka ulegają drganiom.

Question 2

Od czego zależy prędkość fali dźwiękowej?

Answer 2

• odległości między cząsteczkami (gęstości!)
• siły oddziaływań między cząsteczkami (temperatura!)

Question 3

Jakie są źródła dźwięku w morzu?

Answer 3

1. Załamujące się fale powierzchniowe
2. Pękanie pęcherzyków powietrza
3. Lód morski i góry lodowe
4. Deszcz
5. Wyładowania atmosferyczne
6. Trzęsienia ziemi
7. Podwodne wybuchy wulkanów
8. Dźwięki wydawane przez organizmy morskie
9. Sztuczne hałasy (np. statki, turbiny wiatrowe etc.)
10. Eksplozje podwodne

Question 4

Jak dzielimy dźwięk ze względu na jego częstotliwość?

Answer 4

• Infradźwięki dźwięki:
  -poniżej progu słyszalności (ok. 20 Hz).
  -są słabo tłumione i mogą rozchodzić się na duże
  odległości,
  -naturalnymi źródłami infradźwięków są np.: wodospady,
  fale morskie, tsunami, wulkany i niektóre zwierzęta.
• Dźwięki słyszalne
  -o częstotliwości 20 – 20 000 Hz
• Ultradźwięki:
  -dźwięki powyżej progu słyszalności,
  -charakteryzują się małą długością fali co powoduje, że są użyteczne w geolokacji,
  -niektóre zwierzęta np. delfin, wieloryb, nietoperz wykorzystują ultradźwięki do echolokacji

Question 5

Jaka jest prędkość dźwięku w wodzie?

Answer 5

1500 m/s

Question 6

Jaka jest prędkość dźwięku w wodzie morskiej?

Answer 6

1450-1540 m/s

Question 7

Od czego zależy prędkość dźwięku w wodzie morskiej?

Answer 7

• gęstości
• ściśliwości ośrodka
  większa gęstość lub ściśliwość → mniejsza prędkość dźwięku

Question 8

Od czego nie zależy prędkość dźwięku w wodzie?

Answer 8

od częstotliwości

Question 9

Co spowoduje wzrost ciśnienia w wodzie w kontekście dźwięku?

Answer 9

• wzrost gęstości
• spadek ściśliwości
• wypadkowy wzrost prędkości dźwięku

Question 10

Co powoduje wzrost zasolenia w wodzie w kontekście dźwięku?

Answer 10

• wzrost gęstości
• wzrost intensywności oddziaływań międzyatomowych
• wypadkowy wzrost prędkości dźwięku

Question 11

Co powoduje wzrost temperatury w wodzie w kontekście dźwięku?

Answer 11

• spadek gęstości
• wzrost intensywności oddziaływań międzyatomowych
• wypadkowy wzrost prędkości dźwięku (dla wartości T występujących w oceanie)

Question 12

Jaka jest zależność między prędkością dźwięku a T, S i ciśnieniem?

Answer 12

Prędkość dźwięku w wodzie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury wody, wzrostem zasolenia i wzrostem ciśnienia (głębokości).

Question 13

Scharakteryzuj propagację dźwięku w wodzie

Answer 13

• Podstawowe znaczenie dla propagacji dźwięku w morzu ma pionowy rozkład prędkości dźwięku c(z)
• Kierunek rozprzestrzeniania się dźwięku w ośrodku poziomo uwarstwionym ulega refrakcji
  np. w haloklinie będzie znaczny wzrost prędkości dźwięku
• Prawo Snella

Question 14

Na czym polega Prawo Snella?

Answer 14

stosunek sinusów kąta padania promienia fali θ₁ do kąta załamania θ₂ na granicy 2 ośrodków jest równy stosunkowi prędkości c1 i c2 fali w tych ośrodkach
sinθ₁/sinθ₂ = c1/c2;
kąt krytyczny: sinθ_c = c1/c2;
dla θ₁ > θ_c : całkowite odbicie wewnętrzne (możliwe tylko przy c1<c2)

Question 15

Czym jest współczynnik R?

Answer 15

Stosunek mocy odbijanej na granicy ośrodka do mocy padającej, zależny od kąta padania θ

Question 16

Jaki jest kąt graniczny całkowitego wewnętrznego odbicia powietrze → woda?

Answer 16

θ_c = 13^o

Question 17

Gdzie powstaje kanał dźwiękowy?

Answer 17

Charakterystyczną cechą trajektorii promieni dźwięku w morzu jest ich ciągła zmiana kierunku w taki sposób, że zakrzywiają się zawsze w kierunku mniejszej prędkości c(z) → kanał dźwiękowy (tam gdzie najmniejsza prędkość dźwięku)

Question 18

Gdzie powstaje warstwa soniczna?

Answer 18

Tam, gdzie jest maximum prędkości dźwięku

Question 19

Czym jest Kanał SOFAR?

Answer 19

• warstwa wody w oceanie, na której głębokość prędkość dźwięku jest minimalna,
• działa jak falowód, a dźwięki o niskiej częstotliwości w kanale mogą się propagować na odległość tysięcy km

Question 20

Jaką funkcję pełnią stacje CTBT?

Answer 20

• wykrywanie prób jądrowych przeprowadzanych pod wodą i na atolach
• wykrywanie trzęsień ziemi i tsunami

Question 21

Jakie zastosowanie ma SOFAR w oceanografii?

Answer 21

Tomografia akustyczna
- zalety: równoczesny oraz ciągły pomiar na dużym obszarze
- wady: niska rozdzielczość przestrzenna
Zastosowania głównie w badaniach klimatu (np. badanie sezonowych zmian temp. powierzchniowej warstwy)

Question 22

Co badają pływaki RAFOS?

Answer 22

• akustyczne pomiary prądów

Question 23

Które fale dźwiękowe są szybciej absorbowane?

Answer 23

O większej częstotliwości
- Minimum pochłaniania dla fal o częstotliwości f = 100 Hz

Question 24

Efektem czego jest echo?

Answer 24

• odbicia dźwięku
• rozpraszania dźwięku
• powstaje tylko przy (wystarczająco gwałtownych) zmianach impedancji akustycznej

Question 25

Czym jest _impedencja akustyczna_?

Answer 25

- jest miarą oporu, jaki stawia ośrodek, rozchodzącej się w nim fali dźwiękowej - impedancja = gęstość * prędkość dźwięku

Question 26

Czemu termoklina jest przeważnie niewidoczna z punktu widzenia impedencji akustycznej?

Answer 26

* zmiany stopniowe * wzrost T powoduje wzrost c, ale spadek ρ

Question 27

Jakie jest wykorzystanie echa w pomiarach akustycznych?

Answer 27

SONAR: - pasywny: służy do wykrywania hałasu wytwarzanego przez inne obiekty - aktywny: przesyła fale dźwiękowe w kierunku obiektu i odbiera od niego fale odbite, odległość do obiektu lub dna morskiego można obliczyć, mierząc czas między wysłaniem sygnału a odebraniem odbitego dźwięku lub echa.

Question 28

Do czego służy sonar boczny?

Answer 28

jest holowany za statkiem służy do badania szczegółów dna oceanu: - poszukiwanie obiektów na dnie morskim - szczegółowe mapowanie dna morskiego, badanie właściwości dna morskiego

Question 29

Efekt Dopplera

Answer 29

- polega na zmianie długości fali odbieranej przez obserwatora powodowanej ruchem źródła fali względem tego obserwatora - f = [(c +/- v_r)/(c +/- v_s)]*f₀ f - częstotliwość obserwowana f₀ - częstotliwość emitowana c - prędkość dźwięku w ośrodku v_r - prędkość odbiornika względem ośrodka v_s - prędkość źródła względem ośrodka

Question 30

Jakie zastosowania ma Acoustic Doppler current profiler **ADCP**?

Answer 30

1. pomiar prędkości prądu (wartość + kierunek) 2. pomiar głębokości wody, poziomu morza 3. pomiar turbulencji 4. pomiar zawartości zawiesin, planktonu itp. (tzw. warstwy rozpraszające) 5. pomiar falowania

Question 31

Jak wykorzystuje się metody akustyczne w oceanografii?

Answer 31

- prądomierz akustyczny - obrazowanie procesu załamania fal - odwrócona echosonda - obrazowanie struktury mas wodnych - komunikacja i nawigacja podwodna