Скорость распространения звука
Где Г — адиабатический градиент температуры. Так как в выражение для скорости распространения звука входит удельный объем, зависящий от солености, температуры и давления, то и скорость звука есть функция параметров U = U (S, T, p) состояния морской воды (рис. 3.12.1). Формула (3.12.6) применяется для расчета скорости звука и называется теоретической. Она была использована для составления… Читать ещё >
Скорость распространения звука (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Вода является упругой средой, поэтому в ней хорошо распространяются продольные упругие колебания, например, звуковые. Механизм распространения звука заключается в том, что периодические сжатия и разрежения, создаваемые источником звука, передаются в виде продольных волн. Благодаря большой частоте сжатий и разрежений обмен теплом (и солями) в процессе распространения звука практически не происходит, вследствие чего этот процесс является адиабатическим. В связи с этим, чистая морская вода, с точки зрения акустики аналогична идеальному газу.
Как известно из физики [Яворский, Детлаф, 1974], скорость распространения звука в сплошной упругой среде определяется формулой:
где К= —= р— - объемный модуль упругости, ро — плотность не к dp.
возмущенной среды.
Для адиабатического процесса справедливо выражение:
где ро — давление в невозмущенном состоянии; у = ср/с" - отношение теплоемкостей. Подставляя (3.12.2) в (3.12.1), получим формулу Лапласа:
Уравнение (3.12.3) с учетом (3.12.4) будет иметь вид:
Подставляя значения к (3.5.4) и у (3.9.16) в (3.12.5), получим уравнение для скорости распространения звука:
О 4000 8000.
Давление, дбар
Рис. 3.12.1. Зависимость скорости звука U (.м-с') от солености и температуры при атмосферном давлении (а), давления и температуры при S=35 (б).
Наиболее достоверными из них можно (Wilson, I960], Дель Гроссо [Del Grosso,.
где Г — адиабатический градиент температуры. Так как в выражение для скорости распространения звука входит удельный объем, зависящий от солености, температуры и давления, то и скорость звука есть функция параметров U = U (S, T, p) состояния морской воды (рис. 3.12.1).
Формула (3.12.6) применяется для расчета скорости звука и называется теоретической. Она была использована для составления известных таблиц скорости звука Меттьюза, а также таблиц Мамаева [Мамаев, Архипкин и др., 1987] и некоторых других.
Наряду с теоретической формулой (3.12.6),.
существуют эмпирические формулы определения скорости звука основанные на современных лабораторных методах его измерения, считать формулы Вильсона 1974] и Чена-Миплеро [Chen,.
MiUero, 1977]. Наиболее близкой по вычисленным значениям скорости звука к теоретическим с использованием УС-80 является последняя. Она имеет вид:
Изменение температуры морской воды вносит в изменение скорости распространения звука наибольший вклад. При ее увеличении увеличивается модуль упругости К и уменьшается плотность ро, что приводит, согласно (3.12.1), к увеличению скорости звука. При этом, изменение скорости при изменении температуры на 1° уменьшается при высоких температурах по сравнению с низкими.
Соленость оказывает меньшее влияние на скорость звука. Отмечено, что соли, содержащиеся в морской воде, по-разному влияют на сжимаемость, т. е. на К, следовательно, и на скорость звука. При повышении солености, также как и при увеличении температуры, скорость звука увеличивается. Скорость звука увеличивается и при повышении давления.
Среднее значение скорости звука в Мировом океане приблизительно равно 1500 м-с'1. Более подробно распределение скорости звука в океане описано в работе [Деев, 1992].