Отражение на звука В този раздел ще приемем, че дължината на вълната на звуковата вълна е достатъчно малка и следователно звукът се разпространява по лъчи. Какво се случва, когато такъв звуков лъч падне от въздуха върху твърда повърхност? Ясно е, че в случая има отражение

ОТКРИВАНЕ НА НЕОЧАКВАНИ СВОЙСТВА НА АТМОСФЕРАТА - СТРАННИ ЕКСПЕРИМЕНТИ - ПРЕДАВАНЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКА ЕНЕРГИЯ ПО ЕДИН ПРОВОД БЕЗ ВРЪЩАНЕ - ПРЕДАВАНЕ ПРЕЗ ЗЕМЯТА ИЗОБЩО БЕЗ ЖИЦИ Друга от тези причини е, че стигнах до осъзнаването, че предаването електрическа енергия

ПРЕДАВАНЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКА ЕНЕРГИЯ БЕЗ ЖИЦА* Към края на 1898 г., систематични изследвания, извършвани в продължение на много години, за да подобрят метода за предаване на електрическа енергия през естествената среда, ме доведоха до разбирането на три важни нужди; първо -

Предаване на звук чрез радиотръбен генератор, чиято диаграма е показана на фиг. 24, генерира радиоизлъчвания с непроменени параметри. Нека направим малко допълнение към него: свържете го към веригата, която доставя напрежение към мрежата на електронната тръба чрез индукция

48 Пренос на енергия чрез материя За експеримента ни трябват: дузина монети рубли. Вече се сблъскахме с различни вълни. Ето още един стар експеримент, който изглежда доста забавен и показва как вълна преминава през обект.Вземете дребни пари - монети, например

30. Предаване на съобщения в миналото Набор от правила за зрителя Още преди Кристофър Нолан да режисира Интерстелар и да преработи сценария, неговият брат Джона ми каза за набор от правила, за да поддържате научнофантастичен филм на правилното ниво.

Глава 30. Предаване на съобщения в миналото За това как съвременните физици си представят пътуване назад във времето в четири пространствено-времеви измерения без обем, вижте последната глава на книгата „Черни дупки и времеви гънки“ [Торн 2009], гл.

Глава 30. Предаване на съобщения в миналото В големия обем, както и в нашата брана, позициите в пространство-времето, в които могат да се предават съобщения и всичко може да се движи, са ограничени от закона, който гласи: нищо не може да се движи по-бързо от светлината . Да уча

Основните закони на разпространението на звука включват законите на неговото отражение и пречупване на границите на различни среди, както и дифракцията на звука и неговото разсейване при наличие на препятствия и нееднородности в средата и на границите между средите.

Диапазонът на разпространение на звука се влияе от коефициента на звукопоглъщане, тоест необратимия преход на енергията на звуковата вълна в други видове енергия, по-специално топлина. Важен факторе и посоката на излъчване и скоростта на разпространение на звука, която зависи от средата и нейното специфично състояние.

От източник на звук акустичните вълни се разпространяват във всички посоки. Ако звукова вълна премине през сравнително малък отвор, тогава тя се разпространява във всички посоки, а не се движи в насочен лъч. Например уличните звуци, проникващи през отворен прозорец в стаята, се чуват във всички точки, а не само срещу прозореца.

Характерът на разпространението на звуковите вълни в близост до препятствие зависи от връзката между размера на препятствието и дължината на вълната. Ако размерът на препятствието е малък в сравнение с дължината на вълната, тогава вълната тече около това препятствие, разпространявайки се във всички посоки.

Звуковите вълни, прониквайки от една среда в друга, се отклоняват от първоначалната си посока, тоест се пречупват. Ъгълът на пречупване може да бъде по-голям или по-малък от ъгъла на падане. Зависи в коя среда прониква звукът. Ако скоростта на звука във втората среда е по-голяма, тогава ъгълът на пречупване ще бъде по-голям от ъгъла на падане и обратно.

Когато срещнат препятствие по пътя си, звуковите вълни се отразяват от него по строго определено правило - ъгълът на отражение равен на ъгълпадане - с това е свързано понятието ехо. Ако звукът се отразява от няколко повърхности на различни разстояния, възникват множество ехота.

Звукът се разпространява под формата на разсейваща се сферична вълна, която изпълва все по-голям обем. С увеличаване на разстоянието вибрациите на частиците на средата отслабват и звукът се разсейва. Известно е, че за да се увеличи обхватът на предаване, звукът трябва да бъде концентриран в дадена посока. Когато искаме например да ни чуят, слагаме длани на устата си или използваме мегафон.

Дифракцията, тоест огъването на звуковите лъчи, има голямо влияние върху обхвата на разпространение на звука. Колкото по-хетерогенна е средата, толкова повече се изкривява звуковият лъч и съответно толкова по-къс е обхватът на разпространение на звука.

Разпространение на звука

Звуковите вълни могат да се разпространяват във въздух, газове, течности и твърди вещества. Вълни не възникват в безвъздушно пространство. Това е лесно да се провери от прост опит. Ако електрически звънец се постави под херметична капачка, от която въздухът е евакуиран, няма да чуем никакъв звук. Но щом капачката се напълни с въздух, се чува звук.

Скоростта на разпространение на осцилаторните движения от частица към частица зависи от средата. В древни времена воините слагаха уши на земята и по този начин откриваха кавалерията на врага много по-рано, отколкото се появи в полезрението. А известният учен Леонардо да Винчи пише през 15 век: „Ако вие, докато сте в морето, спуснете отвора на тръба във водата и доближите другия й край до ухото си, ще чуете много шума на корабите. далеч от теб."

Скоростта на звука във въздуха е измерена за първи път през 17 век от Миланската академия на науките. На един от хълмовете беше монтирано оръдие, а на другия - наблюдателен пункт. Времето се записва както в момента на изстрела (със светкавица), така и в момента на получаване на звука. Въз основа на разстоянието между точката на наблюдение и пистолета и времето на възникване на сигнала, скоростта на разпространение на звука вече не беше трудна за изчисляване. Оказа се, че е равна на 330 метра в секунда.

Скоростта на звука във водата е измерена за първи път през 1827 г. на Женевското езеро. Двете лодки са били разположени на 13 847 метра една от друга. На първия под дъното беше окачена камбана, а на втория във водата беше спуснат обикновен хидрофон (рог). На първата лодка барутът беше запален едновременно с удара на камбаната; на втората наблюдателят стартира хронометъра в момента на светкавицата и започна да чака звуковия сигнал от камбаната. Оказа се, че звукът се разпространява повече от 4 пъти по-бързо във водата, отколкото във въздуха, т.е. със скорост 1450 метра в секунда.

Скорост на звука

Колкото по-висока е еластичността на средата, толкова по-голяма е скоростта: в гумата 50, във въздуха 330, във водата 1450, а в стоманата - 5000 метра в секунда. Ако ние, които бяхме в Москва, можехме да викаме толкова силно, че звукът да достигне до Санкт Петербург, тогава щяхме да бъдем чути там само след половин час и ако звукът се разпространи на същото разстояние в стомана, тогава щеше да бъде приет след две минути.

Скоростта на разпространение на звука се влияе от състоянието на същата среда. Когато казваме, че звукът се разпространява във водата със скорост от 1450 метра в секунда, това не означава, че във всяка вода и при всякакви условия. С повишаване на температурата и солеността на водата, както и с увеличаване на дълбочината и следователно хидростатично наляганескоростта на звука се увеличава. Или да вземем стомана. И тук скоростта на звука зависи както от температурата, така и от качествения състав на стоманата: колкото повече въглерод съдържа, толкова по-твърда е и толкова по-бързо се разпространява звукът в нея.

Когато срещнат препятствие по пътя си, звуковите вълни се отразяват от него строго определено правило: Ъгълът на отражение е равен на ъгъла на падане. Звуковите вълни, идващи от въздуха, ще бъдат почти напълно отразени нагоре от повърхността на водата, а звуковите вълни, идващи от източник, разположен във водата, ще се отразят надолу от нея.

Звуковите вълни, прониквайки от една среда в друга, се отклоняват от първоначалното си положение, т.е. пречупен. Ъгълът на пречупване може да бъде по-голям или по-малък от ъгъла на падане. Зависи в каква среда прониква звукът. Ако скоростта на звука във втората среда е по-голяма от тази в първата, тогава ъгълът на пречупване ще бъде по-голям от ъгъла на падане и обратно.

Във въздуха звуковите вълни се разпространяват под формата на разминаваща се сферична вълна, която запълва все по-голям обем, тъй като вибрациите на частиците, причинени от източници на звук, се предават на въздушната маса. С увеличаване на разстоянието обаче вибрациите на частиците отслабват. Известно е, че за да се увеличи обхватът на предаване, звукът трябва да бъде концентриран в дадена посока. Когато искаме да ни чуят по-добре, поставяме длани на устата си или използваме мегафон. В този случай звукът ще бъде отслабен по-малко и звуковите вълни ще се разпространят по-далеч.

С увеличаване на дебелината на стената, звуковото местоположение при ниски средни честоти се увеличава, но „коварният“ резонанс на съвпадението, който причинява удушаване на звуковото местоположение, започва да се проявява при по-ниски честоти и обхваща по-широка област.

Звукът във водата се абсорбира стотици пъти по-малко, отколкото във въздуха. Чуваемостта във водната среда обаче е много по-лоша, отколкото в атмосферата. Това се обяснява с особеностите на човешкото възприемане на звука. Във въздуха звукът се възприема по два начина: предаването на въздушни вибрации към тъпанчетата на ушите (въздушна проводимост) и така наречената костна проводимост, когато звуковите вибрации се възприемат и предават на слуховия апарат от костите на череп.

В зависимост от вида на водолазното оборудване водолазът възприема звука във вода с преобладаване на въздушна или костна проводимост. Наличието на обемен шлем, пълен с въздух, ви позволява да възприемате звука чрез въздушна проводимост. Въпреки това, значителна загуба на звукова енергия е неизбежна в резултат на отразяване на звука от повърхността на каската.

При спускане без оборудване или в оборудване с плътно прилепнала каска преобладава костната проводимост.

Характеристика на звуковото възприятие под вода също е загубата на способността да се определи посоката на източника на звук. Това се дължи на факта, че човешки органислухът се адаптира към скоростта на разпространение на звука във въздуха и определя посоката на източника на звук поради разликата във времето на пристигане на звуковия сигнал и относителното ниво на звуково налягане, възприемано от всяко ухо. Благодарение на устройството ушна мидачовек във въздуха е в състояние да определи къде е източникът на звук - отпред или отзад, дори и с едно ухо. Във водата всичко се случва по различен начин. Скоростта на разпространение на звука във водата е 4,5 пъти по-голяма от тази във въздуха. Поради това разликата във времето на приемане на звуковия сигнал от всяко ухо става толкова малка, че става почти невъзможно да се определи посоката на източника на звук.

При използване на твърда каска като част от оборудването, възможността за определяне на посоката на източника на звук е напълно изключена.

Биологични ефекти на газовете върху човешкото тяло

Въпрос за биологични ефектигазовете не са зададени случайно и се дължат на факта, че процесите на газообмен по време на човешкото дишане при нормални условия и така наречените хипербарни условия (т.е. високо кръвно налягане) са значително различни.

Известно е, че обикновеният атмосферен въздух, който дишаме, е неподходящ за дишане от пилоти при полети на голяма височина. Освен това намира ограничено приложение при дишането на водолази. При спускане на дълбочина над 60 м се заменя със специални газови смеси.

Нека разгледаме основните свойства на газовете, които, както в чиста форма, и в смес с други, се използват за дишането на водолази.

Съставът на въздуха е смес от различни газове. Основните компоненти на въздуха са: кислород - 20,9%, азот - 78,1%, въглероден диоксид - 0,03%. Освен това въздухът съдържа малки количества аргон, водород, хелий, неон и водни пари.

Газовете, съставляващи атмосферата, могат да бъдат разделени на три групи според въздействието им върху човешкото тяло: кислород - непрекъснато се изразходва за "поддържане на всички жизнени процеси; азот, хелий, аргон и др. - не участват в газообмена; въглероден диоксид - по време на повишена концентрациявредни за организма.

Кислород(O2) е газ без цвят, вкус и мирис с плътност 1,43 kg/m3. Той е от изключителна важност за човека като участник във всички окислителни процеси в организма. По време на процеса на дишане кислородът в белите дробове се свързва с хемоглобина в кръвта и се разпределя в тялото, където непрекъснато се консумира от клетките и тъканите. Прекъсването на доставката или дори намаляването на доставката му към тъканите причинява кислороден глад, придружен от загуба на съзнание и в тежки случаи- прекратяване на жизнената дейност. Това състояние може да възникне, когато съдържанието на кислород във вдишания въздух намалее по време на нормално наляганепод 18,5%. От друга страна, когато съдържанието на кислород във вдишаната смес се увеличи или при дишане под налягане над допустимата граница, кислородът проявява токсични свойства- възниква кислородно отравяне.

Азот(N) - газ без цвят, мирис и вкус с плътност 1,25 kg/m3, представлява основната част от атмосферния въздух по обем и маса. При нормални условия той е физиологично неутрален и не участва в метаболизма. Въпреки това, тъй като налягането се увеличава с увеличаване на дълбочината на потапяне на водолаза, азотът престава да бъде неутрален и на дълбочина от 60 метра или повече проявява изразени наркотични свойства.

Въглероден двуокис(CO2) е безцветен газ с кисел вкус. Той е 1,5 пъти по-тежък от въздуха (плътност 1,98 kg/m3), поради което може да се натрупва в долните части на затворени и лошо вентилирани помещения.

Въглеродният диоксид се образува в тъканите като краен продуктокислителни процеси. Определено количество от този газ винаги присъства в тялото и участва в регулирането на дишането, а излишъкът се пренася от кръвта в белите дробове и се отстранява с издишания въздух. Количеството, отделяно от човек въглероден двуокисзависи главно от степента физическа дейности функционалното състояние на организма. При често, дълбоко дишане (хипервентилация) съдържанието на въглероден диоксид в тялото намалява, което може да доведе до спиране на дишането (апнея) и дори загуба на съзнание. От друга страна, увеличаването на съдържанието му в дихателната смес над допустимото ниво води до отравяне.

От другите газове, които изграждат въздуха, най-използваният от водолазите е хелий(Не). Това е инертен газ, без мирис и вкус. С ниска плътност (около 0,18 kg/m3) и значително по-ниска способност за предизвикване на наркотични ефекти при високи налягания, широко се използва като заместител на азота за приготвяне на изкуствени дихателни смеси по време на спускания на големи дълбочини.

Използването на хелий в респираторни смеси обаче води до други нежелани явления. Високата му топлопроводимост и следователно повишеният топлопренос от тялото изисква повишена термична защита или активно отопление на водолазите.

Въздушно налягане. Известно е, че заобикалящата ни атмосфера има маса и оказва натиск върху повърхността на земята и всички обекти, разположени върху нея. Атмосферното налягане, измерено на морското равнище, се балансира в тръби с напречно сечение G cm2 от живачен стълб с височина 760 mm или вода с височина 10,33 м. Ако този живак или вода се претеглят, тяхната маса ще бъде равна на 1,033 kg. Това означава, че „нормалното атмосферно налягане е 1,033 kgf/cm2, което в системата SI е еквивалентно на 103,3 kPa *.(* В системата SI единицата за налягане е паскал (Pa). Ако е необходимо преобразуване, следните съотношения се използват: 1 kgf/cm1 = 105 Pa = 102 kPa = =* 0,1 MPa.).

Въпреки това, в практиката на водолазните изчисления е неудобно да се използват толкова точни мерни единици. Следователно единицата за измерване на налягането се приема за налягане, числено равно на 1 kgf / cm2, което се нарича техническа атмосфера (at). Една техническа атмосфера съответства на налягане от 10 m воден стълб.

Когато налягането на въздуха се увеличи, той лесно се компресира, намалявайки обема си пропорционално на налягането. Налягането на сгъстения въздух се измерва с манометри, които показват свръхналягане , т.е. налягане над атмосферното. Единицата за свръхналягане се обозначава ati. Количеството излишък и атмосферно наляганеНаречен абсолютно налягане(ата).

При нормални земни условия въздухът притиска равномерно човека от всички страни. Като се има предвид, че повърхността на човешкото тяло е средно 1,7-1,8 m2, силата на въздушното налягане, упражнена върху нея, е 17-18 хиляди kgf (17-18 tf). Човек обаче не усеща този натиск, тъй като тялото му е 70% съставено от практически несвиваеми течности, а в вътрешни кухини- бели дробове, средно ухо и др.- балансира се от обратното налягане на въздуха, който се намира там и комуникира с атмосферата.

Когато се потопи във вода, човек е изложен на свръхналягане от воден стълб над него, което се увеличава с 1 ати на всеки 10 м. Промяната в налягането може да предизвика болезнени усещанияи компресия, за предотвратяване на която водолазът трябва да получи въздух за дишане под налягане, равно на абсолютното налягане на околната среда.

Тъй като водолазите трябва да се справят със сгъстен въздух или газови смеси, е уместно да си припомним основните закони, на които се подчиняват, и да предоставим някои формули, необходими за практически изчисления.

Въздухът, подобно на другите реални газове и газови смеси, до известна степен се подчинява на физични закони, които са абсолютно валидни за идеалните газове.

ВОДОЛАЗНО ОБОРУДВАНЕ

Водолазното оборудване е съвкупност от устройства и продукти, носени от водолаза, за да осигурят живот и работа във водна среда за определен период от време.

Водолазното оборудване е подходящо за целта, ако може да осигури:

човешко дишане при извършване на работа под вода;

изолация и термична защита от излагане студена вода;

достатъчна мобилност и стабилно положение под вода;

безопасност при гмуркане, изплуване и по време на работа;

надеждна връзка с повърхността.

В зависимост от задачите, които трябва да бъдат решени, водолазното оборудване се разделя:

по дълбочина на използване - за оборудване за плитки (средни) дълбочини и дълбоководни;

според начина на осигуряване на дихателна газова смес - автономна и шлангова;

според начина на термична защита - за съоръжения с пасивна термична защита, електрически и водно отопление;

според метода на изолация - за оборудване с водонепропускливи костюми от „сух“ тип и пропускливи от „мокър“ тип.

Най-пълното разбиране на функционалните характеристики на водолазното оборудване се дава от неговата класификация според метода на поддържане на състава, необходим за дишането газова смес. Ето оборудването:

вентилиран;

с отворен модел на дишане;

с полузатворен модел на дишане;

със затворен модел на дишане.

Звукът е един от компонентите на нашия живот и хората го чуват навсякъде. За да разгледаме по-подробно това явление, първо трябва да разберем самото понятие. За да направите това, трябва да се обърнете към енциклопедията, където е написано, че „звукът е еластични вълни, разпространяващи се в някаква еластична среда и създаващи механични вибрации в нея“. Говорейки повече на прост език- Това са звукови вибрации във всяка среда. Основните характеристики на звука зависят от това какъв е той. На първо място, скоростта на разпространение, например във вода, се различава от тази в други среди.

Всеки звуков аналог има определени свойства (физически характеристики) и качества (отражение на тези характеристики в човешките усещания). Например продължителност-продължителност, честота-височина, композиция-тембър и т.н.

Скоростта на звука във вода е много по-висока, отколкото, да речем, във въздуха. Следователно, той се разпространява по-бързо и се чува много по-далеч. Това се дължи на високата молекулна плътност на водната среда. Той е 800 пъти по-плътен от въздуха и стоманата. От това следва, че разпространението на звука до голяма степен зависи от средата. Нека да разгледаме конкретни цифри. Така скоростта на звука във вода е 1430 m/s, във въздуха - 331,5 m/s.

Нискочестотният звук, например шумът, произведен от работещ корабен двигател, винаги се чува малко по-рано, отколкото корабът се появява в зрителния диапазон. Скоростта му зависи от няколко неща. Ако температурата на водата се повиши, тогава, естествено, скоростта на звука във водата се увеличава. Същото се случва с увеличаване на солеността на водата и налягането, което се увеличава с увеличаване на дълбочината на водата. Такова явление като термоклини може да има специална роля върху скоростта. Това са места, където се срещат слоеве вода с различни температури.

Също така на такива места е различно (поради разликата в температурни условия). И когато звуковите вълни преминават през такива слоеве с различна плътност, те губят повечетоот силата си. Когато звукова вълна удари термоклин, тя се отразява частично или понякога напълно (степента на отражение зависи от ъгъла, под който пада звукът), след което от другата страна на това място се образува зона на сянка. Ако вземем пример, когато източникът на звук се намира във водното пространство над термоклина, тогава чуването на каквото и да било отдолу ще бъде не само трудно, но и почти невъзможно.

Които се излъчват над повърхността, никога не се чуват в самата вода. И обратното се случва, когато е под водния слой: над него не звучи. Ярък пример за това са съвременните водолази. Техният слух е силно намален поради факта, че водата им влияе, а високата скорост на звука във водата намалява качеството на определяне на посоката, от която се движи. Това притъпява стереофоничната способност за възприемане на звук.

Под слой вода влизат човешко ухонай-вече през костите на черепа на главата, а не както в атмосферата, през тъпанчета. Резултатът от този процес е възприемането му от двете уши едновременно. По това време човешкият мозък не е в състояние да различи местата, откъдето идват сигналите и с каква интензивност. Резултатът е появата на съзнанието, че звукът сякаш се търкаля от всички страни едновременно, въпреки че това далеч не е така.

В допълнение към описаното по-горе, звуковите вълни във водата имат качества като абсорбция, дивергенция и дисперсия. Първият е, когато силата на звука в солената вода постепенно избледнява поради триенето на водната среда и солите в нея. Дивергенцията се проявява в разстоянието на звука от неговия източник. Изглежда, че се разтваря в пространството като светлина и в резултат интензитетът му намалява значително. И трептенията изчезват напълно поради разпръскване от всякакви препятствия и нееднородности на околната среда.