Odboj zvoka V tem razdelku bomo predpostavili, da je valovna dolžina zvočnega vala dovolj majhna in zato zvok potuje po žarkih. Kaj se zgodi, ko tak zvočni žarek pade iz zraka na trdno površino? Jasno je, da gre v tem primeru za refleksijo

ODKRITJE NEPRIČAKOVANIH LASTNOSTI OZRAČJA - ČUDNI EKSPERIMENTI - PRENOS ELEKTRIČNE ENERGIJE PO ENEM ŽICU BREZ POVRATKA - PRENOS PO ZEMLJI SPLOH BREZ ŽIC Drugi od teh razlogov je, da sem prišel do spoznanja, da prenos električna energija

PRENOS ELEKTRIČNE ENERGIJE BREZ ŽICE* Proti koncu leta 1898 so me dolgoletne sistematične raziskave za izboljšanje načina prenosa električne energije skozi naravni medij pripeljale do razumevanja treh pomembnih potreb; prvi -

Prenos zvoka preko radijskega cevnega generatorja, katerega diagram je prikazan na sl. 24, ustvarja radijske emisije z nespremenjenimi parametri. Naj ga malo dopolnimo: priključimo ga na tokokrog, ki preko indukcije napaja mrežo elektronske cevi.

48 Prenos energije skozi snov Za poskus potrebujemo: ducat rubljev. Z različnimi valovi smo se že srečali. Tukaj je še en stari eksperiment, ki izgleda precej smešno in prikazuje, kako gre val skozi predmet. Vzemite drobiž - kovance, npr.

30. Posredovanje sporočil v preteklost Nabor pravil za gledalca Še preden je Christopher Nolan režiral Medzvezdje in predelal scenarij, mi je njegov brat Jonah povedal o naboru pravil za ohranitev znanstvenofantastičnega filma na pravi ravni.

Poglavje 30. Prenos sporočil v preteklost Za to, kako si sodobni fiziki predstavljajo potovanje nazaj v čas v štirih prostorsko-časovnih dimenzijah brez mase, glejte zadnje poglavje knjige »Črne luknje in časovne gube« [Thorne 2009], pogl.

Poglavje 30. Prenos sporočil v preteklost V razsutem stanju, pa tudi v naši brani, so položaji v prostoru-času, v katerih se lahko prenašajo sporočila in kar koli premika, omejeni z zakonom, ki pravi: nič se ne more premikati hitreje od svetlobe . Za študij

Osnovne zakonitosti širjenja zvoka vključujejo zakone njegovega odboja in loma na mejah različnih medijev, pa tudi uklon zvoka in njegovo sipanje ob prisotnosti ovir in nehomogenosti v mediju in na mejah med mediji.

Na obseg širjenja zvoka vpliva faktor absorpcije zvoka, to je nepovraten prehod energije zvočnega valovanja v druge vrste energije, zlasti v toploto. Pomemben dejavnik je tudi smer sevanja in hitrost širjenja zvoka, ki je odvisna od medija in njegovega specifičnega stanja.

Iz vira zvoka se zvočni valovi širijo v vse smeri. Če gre zvočni val skozi relativno majhno luknjo, se širi v vse smeri in ne potuje v usmerjenem žarku. Na primer, ulični zvoki, ki prodirajo skozi odprto okno v sobo, se slišijo na vseh točkah in ne samo nasproti okna.

Narava širjenja zvočnih valov v bližini ovire je odvisna od razmerja med velikostjo ovire in valovno dolžino. Če je velikost ovire majhna v primerjavi z valovno dolžino, potem val teče okoli te ovire in se širi v vse smeri.

Zvočni valovi, ki prodirajo iz enega medija v drugega, odstopajo od prvotne smeri, to pomeni, da se lomijo. Lomni kot je lahko večji ali manjši od vpadnega kota. Odvisno od tega, v kateri medij zvok prodre. Če je hitrost zvoka v drugem mediju večja, bo lomni kot večji od vpadnega kota in obratno.

Ko na svoji poti srečajo oviro, se zvočni valovi odbijajo od nje po strogo določenem pravilu - kotu odboja. enak kotu padanje - s tem je povezan koncept odmeva. Če se zvok odbija od več površin na različnih razdaljah, pride do več odmevov.

Zvok potuje v obliki divergentnega sferičnega valovanja, ki zapolnjuje vedno večjo prostornino. Z večanjem razdalje oslabijo tresljaji delcev medija in zvok se razprši. Znano je, da mora biti zvok koncentriran v določeni smeri, če želimo povečati obseg prenosa. Kadar želimo, na primer, biti slišani, položimo dlani k ustom ali uporabimo megafon.

Difrakcija, to je upogibanje zvočnih žarkov, ima velik vpliv na obseg širjenja zvoka. Bolj ko je medij heterogen, bolj je zvočni žarek ukrivljen in posledično krajši je obseg širjenja zvoka.

Širjenje zvoka

Zvočni valovi lahko potujejo v zraku, plinih, tekočinah in trdne snovi. V brezzračnem prostoru valovi ne nastajajo. To je enostavno preveriti iz preprostih izkušenj. Če električni zvonec postavimo pod neprodušno zaprt pokrov, iz katerega je izpuščen zrak, ne bomo slišali nobenega zvoka. Toda takoj, ko se pokrovček napolni z zrakom, se pojavi zvok.

Hitrost širjenja nihajnih gibanj od delca do delca je odvisna od medija. V starih časih so bojevniki naslanjali ušesa na tla in tako zaznali sovražnikovo konjenico veliko prej, kot se je pojavila na očeh. In slavni znanstvenik Leonardo da Vinci je v 15. stoletju zapisal: »Če na morju spustiš luknjo cevi v vodo in drugi konec prisloniš k ušesu, boš zelo slišal hrup ladij. daleč od tebe."

Hitrost zvoka v zraku je v 17. stoletju prvič izmerila milanska akademija znanosti. Na enem od hribov so postavili top, na drugem pa opazovalnico. Čas je bil zabeležen tako v trenutku strela (z bliskavico) kot v trenutku sprejema zvoka. Glede na razdaljo med točko opazovanja in pištolo ter čas nastanka signala hitrosti širjenja zvoka ni bilo več težko izračunati. Izkazalo se je, da je enako 330 metrov na sekundo.

Hitrost zvoka v vodi je bila prvič izmerjena leta 1827 na Ženevskem jezeru. Čolna sta bila drug od drugega oddaljena 13.847 metrov. Na prvi je bil pod dnom obešen zvon, na drugi pa je bil v vodo spuščen preprost hidrofon (rog). Na prvem čolnu so sočasno z udarcem v zvon zažgali smodnik, na drugem pa je opazovalec v trenutku bliska zagnal štoparico in začel čakati na zvočni signal zvona. Izkazalo se je, da zvok v vodi potuje več kot 4-krat hitreje kot v zraku, tj. s hitrostjo 1450 metrov na sekundo.

Hitrost zvoka

Večja kot je elastičnost medija, večja je hitrost: v gumi 50, v zraku 330, v vodi 1450 in v jeklu - 5000 metrov na sekundo. Če bi mi, ki smo bili v Moskvi, lahko kričali tako glasno, da bi zvok dosegel Sankt Peterburg, bi nas tam slišali šele po pol ure, in če bi se zvok širil na enako razdaljo v jeklu, bi bil sprejet v dveh minutah.

Na hitrost širjenja zvoka vpliva stanje istega medija. Ko rečemo, da zvok v vodi potuje s hitrostjo 1450 metrov na sekundo, to ne pomeni, da v kakršni koli vodi in pod kakršnimi koli pogoji. S povečanjem temperature in slanosti vode, pa tudi s povečanjem globine in s tem hidrostatični tlak hitrost zvoka se poveča. Ali pa vzemimo jeklo. Tudi tu je hitrost zvoka odvisna tako od temperature kot od kvalitativne sestave jekla: več ogljika vsebuje, trše je in hitreje potuje zvok v njem.

Ko na poti naletijo na oviro, se zvočni valovi od nje strogo odbijejo določeno pravilo: Odbojni kot je enak vpadnemu kotu. Zvočni valovi, ki prihajajo iz zraka, se bodo skoraj v celoti odbijali navzgor od vodne površine, zvočni valovi, ki prihajajo iz vira, ki se nahaja v vodi, pa se bodo odbijali od nje navzdol.

Zvočni valovi, ki prodirajo iz enega medija v drugega, odstopajo od svojega prvotnega položaja, tj. lomljena. Lomni kot je lahko večji ali manjši od vpadnega kota. Odvisno od tega, v kakšen medij zvok prodre. Če je hitrost zvoka v drugem mediju večja kot v prvem, bo lomni kot večji od vpadnega kota in obratno.

V zraku se zvočni valovi širijo v obliki divergentnega sferičnega valovanja, ki zapolnjuje vse večji prostor, saj se tresljaji delcev, ki jih povzročajo viri zvoka, prenašajo na zračno maso. Ko pa se razdalja povečuje, vibracije delcev oslabijo. Znano je, da mora biti zvok koncentriran v določeni smeri, če želimo povečati obseg prenosa. Kadar želimo biti bolje slišani, položimo dlani na usta ali uporabimo megafon. V tem primeru bo zvok manj oslabljen, zvočni valovi pa bodo potovali dlje.

Ko se debelina stene poveča, se zvočna lokacija na nizkih srednjih frekvencah poveča, vendar se "zahrbtna" naključna resonanca, ki povzroči zadušitev zvočne lokacije, začne manifestirati na nižjih frekvencah in pokriva širše območje.

Zvok v vodi se absorbira stokrat manj kot v zraku. Vendar je slišnost v vodnem okolju veliko slabša kot v atmosferi. To je razloženo s posebnostmi človeškega dojemanja zvoka. V zraku se zvok zaznava na dva načina: s prenosom zračnih tresljajev do ušesnih bobničev (zračna prevodnost) in tako imenovano kostno prevodnostjo, ko zvočne tresljaje zaznavajo in prenašajo v slušni aparat preko kosti lobanja.

Odvisno od vrste potapljaške opreme potapljač zaznava zvok v vodi s prevlado zračne ali kostne prevodnosti. Prisotnost volumetrične čelade, napolnjene z zrakom, vam omogoča zaznavanje zvoka skozi zračno prevodnost. Vendar pa je znatna izguba zvočne energije neizogibna zaradi odboja zvoka od površine čelade.

Pri sestopu brez opreme ali v opremi s tesno prilegajočo čelado prevladuje kostna prevodnost.

Značilnost zaznavanja zvoka pod vodo je tudi izguba sposobnosti določanja smeri vira zvoka. To je posledica dejstva, da človeški organi Sluh se prilagodijo hitrosti širjenja zvoka v zraku in določajo smer vira zvoka zaradi razlike v času prihoda zvočnega signala in relativne ravni zvočnega tlaka, ki ga zazna vsako uho. Zahvaljujoč napravi ušesna školjka oseba v zraku lahko določi, kje je vir zvoka - spredaj ali zadaj, tudi z enim ušesom. V vodi se vse dogaja drugače. Hitrost širjenja zvoka v vodi je 4,5-krat večja kot v zraku. Zato postane razlika v času sprejema zvočnega signala z vsakim ušesom tako majhna, da postane skoraj nemogoče določiti smer vira zvoka.

Pri uporabi trde čelade kot dela opreme je možnost določanja smeri vira zvoka popolnoma izključena.

Biološki učinki plinov na človeško telo

Vprašanje o biološki učinki plini niso nastali po naključju in so posledica dejstva, da procesi izmenjave plinov med človeškim dihanjem v normalnih pogojih in tako imenovanih hiperbaričnih pogojih (tj. visok krvni pritisk) se bistveno razlikujejo.

Znano je, da je navaden atmosferski zrak, ki ga dihamo, neprimeren za dihanje pilotov pri poletih na velikih višinah. Prav tako se omejeno uporablja pri dihanju potapljačev. Pri spuščanju v globino nad 60 m ga nadomestijo posebne plinske mešanice.

Razmislimo o osnovnih lastnostih plinov, ki kot pri čista oblika in v mešanici z drugimi se uporabljajo za dihanje potapljačev.

Sestava zraka je mešanica različnih plinov. Glavne sestavine zraka so: kisik - 20,9%, dušik - 78,1%, ogljikov dioksid - 0,03%. Poleg tega zrak vsebuje majhne količine argona, vodika, helija, neona in vodne pare.

Pline, ki sestavljajo ozračje, lahko glede na njihov učinek na človeško telo razdelimo v tri skupine: kisik - nenehno se porablja za "vzdrževanje vseh življenjskih procesov; dušik, helij, argon itd. - ne sodelujejo pri izmenjavi plinov; ogljikov dioksid – med povečana koncentracijaškodljivo za telo.

kisik(O2) je plin brez barve, okusa in vonja z gostoto 1,43 kg/m3. Za človeka je izrednega pomena kot udeleženec vseh oksidativnih procesov v telesu. Med procesom dihanja se kisik v pljučih poveže s hemoglobinom v krvi in ​​se porazdeli po telesu, kjer ga celice in tkiva nenehno porabljajo. Prekinitev oskrbe ali celo zmanjšanje oskrbe tkiv povzroči pomanjkanje kisika, ki ga spremlja izguba zavesti in hudi primeri- prenehanje življenjske dejavnosti. To stanje se lahko pojavi, ko se vsebnost kisika v vdihanem zraku med normalen pritisk pod 18,5 %. Po drugi strani pa se pri povečanju vsebnosti kisika v vdihani mešanici ali pri dihanju pod tlakom, ki presega dovoljeno mejo, pojavi kisik toksične lastnosti- pride do zastrupitve s kisikom.

Dušik(N) - plin brez barve, vonja in okusa z gostoto 1,25 kg / m3, je glavni del atmosferskega zraka po prostornini in masi. V normalnih pogojih je fiziološko nevtralen in ne sodeluje pri presnovi. Ker pa tlak narašča z večanjem globine potapljačeve potopa, dušik preneha biti nevtralen in na globini 60 metrov ali več kaže izrazite narkotične lastnosti.

Ogljikov dioksid(CO2) je brezbarven plin s kislim okusom. Je 1,5-krat težji od zraka (gostota 1,98 kg/m3), zato se lahko kopiči v spodnjih delih zaprtih in slabo prezračenih prostorov.

Ogljikov dioksid nastaja v tkivih kot končni izdelek oksidativni procesi. Določena količina tega plina je vedno prisotna v telesu in sodeluje pri uravnavanju dihanja, presežek pa se s krvjo prenese v pljuča in odstrani z izdihanim zrakom. Količina, ki jo oseba izloči ogljikov dioksid odvisno predvsem od stopnje telesna aktivnost in funkcionalno stanje telesa. S pogostim, globokim dihanjem (hiperventilacija) se vsebnost ogljikovega dioksida v telesu zmanjša, kar lahko povzroči zastoj dihanja (apneja) in celo izgubo zavesti. Po drugi strani pa povečanje njegove vsebnosti v dihalni mešanici nad dovoljeno mejo povzroči zastrupitev.

Od ostalih plinov, ki sestavljajo zrak, je tisti, ki ga potapljači največ uporabljajo helij(Ne). Je inerten plin, brez vonja in okusa. Ima nizko gostoto (približno 0,18 kg/m3) in bistveno nižjo sposobnost povzročanja narkotičnih učinkov, ko visoki pritiski, se pogosto uporablja kot nadomestek dušika za pripravo umetnih dihalnih mešanic med spusti v velike globine.

Vendar pa uporaba helija v dihalnih mešanicah vodi do drugih nezaželenih pojavov. Njegova visoka toplotna prevodnost in s tem povečan prenos toplote s telesa zahteva povečano toplotno zaščito oziroma aktivno ogrevanje potapljačev.

Zračni tlak. Znano je, da ima atmosfera, ki nas obdaja, maso in pritiska na površino zemlje in vse predmete, ki se nahajajo na njej. Atmosferski tlak, izmerjen na morski gladini, je v ceveh s presekom G cm2 uravnotežen s stebrom živega srebra, visokim 760 mm, ali z vodo, visokim 10,33 m. Če to živo srebro ali vodo stehtamo, bo njuna masa enaka 1,033 kg. To pomeni, da je »normalni atmosferski tlak 1,033 kgf/cm2, kar je v sistemu SI enakovredno 103,3 kPa *. (* V sistemu SI je enota za tlak paskal (Pa). Če je potrebna pretvorba, so naslednja razmerja uporabljamo: 1 kgf/cm1 = 105 Pa = 102 kPa = =* 0,1 MPa.).

Vendar pa je v praksi potapljaških izračunov neprijetno uporabljati tako natančne merske enote. Zato je enota za merjenje tlaka tlak, številčno enak 1 kgf / cm2, ki se imenuje tehnična atmosfera (at). Ena tehnična atmosfera ustreza tlaku 10 m vodnega stolpca.

Ko se zračni tlak poveča, se zlahka stisne in zmanjša svojo prostornino sorazmerno s tlakom. Tlak stisnjenega zraka merimo z manometri, ki kažejo nadtlak , tj. tlak nad atmosferskim. Enota nadtlaka se imenuje ati. Količina presežka in zračni tlak klical absolutni tlak(ata).

V običajnih zemeljskih razmerah zrak enakomerno pritiska na človeka z vseh strani. Glede na to, da je površina človeškega telesa v povprečju 1,7-1,8 m2, je sila zračnega tlaka, ki deluje nanjo, 17-18 tisoč kgf (17-18 tf). Vendar pa človek tega pritiska ne čuti, saj je njegovo telo v 70 % sestavljeno iz praktično nestisljivih tekočin in v notranje votline- pljuča, srednje uho itd. - uravnava ga protitlak zraka, ki se tam nahaja in komunicira z ozračjem.

Ko je oseba potopljena v vodo, je izpostavljena prekomernemu tlaku vodnega stolpca nad njim, ki se poveča za 1 ati vsakih 10 m. Sprememba tlaka lahko povzroči boleče občutke in kompresijo, da bi jo preprečili, mora potapljač dobiti zrak za dihanje pod tlakom, ki je enak absolutnemu tlaku okolja.

Ker imajo potapljači opravka s stisnjenim zrakom ali mešanicami plinov, je primerno, da se spomnimo osnovnih zakonov, ki jih upoštevajo, in ponudimo nekaj formul, potrebnih za praktične izračune.

Zrak, tako kot drugi realni plini in plinske mešanice, se do določenega približka podreja fizikalnim zakonom, ki absolutno veljajo za idealne pline.

POTAPLJAŠKA OPREMA

Potapljaška oprema je skupek naprav in izdelkov, ki jih ima potapljač na sebi za zagotavljanje življenja in dela v vodnem okolju za določen čas.

Potapljaška oprema je primerna za svoj namen, če lahko zagotovi:

človeško dihanje pri opravljanju dela pod vodo;

izolacija in toplotna zaščita pred izpostavljenostjo hladna voda;

zadostna mobilnost in stabilen položaj pod vodo;

varnost med potapljanjem, vstajanjem na površje in med delom;

zanesljiva povezava s površino.

Potapljaško opremo delimo glede na naloge, ki jih je treba rešiti:

po globini uporabe - za opremo za plitve (srednje) globine in globoko morje;

glede na način zagotavljanja mešanice dihalnih plinov - avtonomno in cevno;

glede na način toplotne zaščite - za opremo s pasivno toplotno zaščito, električno in vodno ogrevano;

glede na način izolacije - za opremo z vodoodpornimi mokrimi oblekami "suhega" tipa in prepustnimi "mokrim" tipom.

Najbolj popolno razumevanje funkcionalnih značilnosti potapljaške opreme daje njena razvrstitev glede na način vzdrževanja sestave, potrebne za dihanje. mešanica plinov. Tukaj je oprema:

prezračevano;

z odprtim vzorcem dihanja;

s polzaprtim vzorcem dihanja;

z zaprtim vzorcem dihanja.

Zvok je ena od sestavin našega življenja in ljudje ga slišimo povsod. Da bi podrobneje obravnavali ta pojav, moramo najprej razumeti sam koncept. Če želite to narediti, se morate obrniti na enciklopedijo, kjer piše, da so "zvok elastični valovi, ki se širijo v nekem elastičnem mediju in v njem ustvarjajo mehanske vibracije." Več govorim v preprostem jeziku- To so slišni tresljaji v katerem koli okolju. Glavne značilnosti zvoka so odvisne od tega, kaj je. Najprej se hitrost širjenja, na primer v vodi, razlikuje od drugih okolij.

Vsak zvočni analog ima določene lastnosti (fizične značilnosti) in kvalitete (odsev teh značilnosti v človeških občutkih). Na primer trajanje-trajanje, frekvenca-ton, kompozicija-ton itd.

Hitrost zvoka v vodi je veliko večja kot recimo v zraku. Posledično se hitreje širi in se sliši veliko dlje. To se zgodi zaradi visoke molekularne gostote vodnega okolja. Je 800-krat gostejši od zraka in jekla. Iz tega sledi, da je širjenje zvoka v veliki meri odvisno od medija. Poglejmo konkretne številke. Tako je hitrost zvoka v vodi 1430 m / s, v zraku - 331,5 m / s.

Nizkofrekvenčni zvok, na primer hrup, ki ga proizvaja delujoč ladijski motor, se vedno sliši nekoliko prej, kot se ladja pojavi v vidnem območju. Njegova hitrost je odvisna od več stvari. Če se temperatura vode poveča, potem se seveda poveča hitrost zvoka v vodi. Enako se zgodi s povečanjem slanosti vode in tlaka, ki narašča z večanjem globine vode. Takšen pojav, kot so termoklini, ima lahko posebno vlogo pri hitrosti. To so mesta, kjer se pojavljajo plasti vode različnih temperatur.

Tudi na takih mestih je drugače (zaradi razlike v temperaturni pogoji). In ko gredo zvočni valovi skozi takšne plasti različnih gostot, izgubijo večina svoje moči. Ko zvočni val zadene termoklin, se delno ali včasih popolnoma odbije (stopnja odboja je odvisna od kota, pod katerim zvok pade), nato pa se na drugi strani tega mesta oblikuje senčno območje. Če upoštevamo primer, ko se vir zvoka nahaja v vodnem prostoru nad termoklino, potem bo slišati karkoli spodaj ne le težko, ampak skoraj nemogoče.

Ki se oddajajo nad gladino, se nikoli ne slišijo v sami vodi. In nasprotno se zgodi, ko je pod vodno plastjo: nad njo se ne sliši. Osupljiv primer tega so sodobni potapljači. Njihov sluh je močno zmanjšan zaradi dejstva, da voda vpliva nanje, velika hitrost zvoka v vodi pa zmanjšuje kakovost določanja smeri, iz katere se premika. To otopli stereofonično sposobnost zaznavanja zvoka.

Pod plast vode vstopijo človeško uho najbolj skozi kosti lobanje glave in ne kot v atmosferi, skozi bobniči. Rezultat tega procesa je njegovo zaznavanje z obema ušesoma hkrati. V tem času človeški možgani ne morejo razlikovati med kraji, od koder prihajajo signali in v kakšni intenzivnosti. Posledica tega je pojav zavesti, da se zdi, da se zvok vali z vseh strani hkrati, čeprav temu še zdaleč ni tako.

Poleg tega, kar je opisano zgoraj, imajo zvočni valovi v vodi lastnosti, kot so absorpcija, divergenca in disperzija. Prvi je, ko moč zvoka v slani vodi postopoma izgine zaradi trenja vodnega okolja in soli v njem. Divergenca se kaže v oddaljenosti zvoka od izvora. Zdi se, kot da se v prostoru raztaplja kot svetloba, posledično pa njena intenzivnost močno upade. In oscilacije popolnoma izginejo zaradi disperzije zaradi vseh vrst ovir in nehomogenosti okolja.