Реферат: Гидроакустика — инструмент изучения Мирового Океана
Министерство образованияРоссийской Федерации
Хорольскийрайон пос. Ярославский
Средняя школа №1
Тема:
“Гидроакустика —инструмент изучения Мирового Океана”
реферат
Выполнил: ученик 11”D” класса
Бабенко Алексей Александрович
2000 г.
-1-
П л ан.
1. Введение. Почему я хочупоступить на специальность “Акустические системы и приборы”.
2. Глава I.Человек и Океан.
3. Глава II. Чемзанимается гидроакустика.
4. Глава III.Методы измерения глубин.
5. Заключение.
-2-
ВВЕДЕНИЕ
Почему я хочу поступить на специальность“Акустические
системы и приборы”.
Специальность “Акустическиесистемы и приборы” кажется мне наиболее приемлемой для моего склада ума. Мненравится поиск, меня привлекает возможность нестандартных решений проблем.Кроме того, можно приобрести навыки научно- исследовательской работы. Мненравятся физика и математика, и это вовсе не исключает романтики. Безультразвуковой диагностики невозможна современная медицина, без ультразвуковойобработки— инженерия.
Ультразвук применяется в практике физических,физико-химических и биологических исследований, а также в навигации, подводнойсвязи. Он помогает предсказать возможные землетрясения, служит для передачи полезной информации, борется с вредителями. К примеру, очень частореальную угрозу представляют птицы: самолетам — когда пернатые скапливаются взонах аэродромов; электрическим сетям — когда грачи и вороны гнездятся на опорах высоковольтных линий,земледелию — когда расплодившиеся птицы нападают на сады и виноградники;рыбоводству — когда прожорливые чайки истребляют рыбную молодь в мелководныхпитомниках. Ультразвук помог решить и проблемы, возникающие на птицефабриках.“Бройлер” — генератор звуковых частотвыдает в определенном режиме сигналы, которые воздействуют на слух эмбриона,воспринимающего сигналы громкоговорителя как материнские. Разработан и“Синхротемп”, имитирующий “лидера” в кладке. Его “щелчки” заставляют весьвыводок дышать в навязанном ему ритме, а следовательно, и вылуплятьсяодновременно. Создан и “Диапазон” — прибор для определения пола у цыплят.
Мы живем в мире акустики, и человечество ещеждут открытия. Считаю, что за акустикой — будущее, и специалисты этой областибудут нужны всегда. Очень надеюсь принести пользу людям.
-3-
Глава I
Человек и Океан.
Многовековая историячеловеческого общества, весь его путь к прогрессу теснейшим образом связаны сокеаном — с мореплаванием, с освоением его огромных пищевых, сырьевых, а позжеи топливно-энергетических ресурсов. “Очень скоро с Океаном, возможно, будет связанапроблема самого существования человечества,”— утверждал известный исследовательморских глубин Жак-Ив Кусто.
“Очень скоро всем нампридется пойти на поклон к богу морей — просить его поделиться с людьми своимибогатствами”, “Угроза минерального голода в буквальном смысле заставит человекаактивно осваивать Океан”,— вторят емуученые академики — геолог В.И.Смирнов и океанолог Л.М.Бреховских.
А что мы знаем об Океане?
Рельеф суши давно отражен вподробных географических картах, а о рельефе дна огромного пространства Океанадо недавнего времени было лишь весьма приблизительное представление. В 1975году в Советском Союзе был издан геолого- геофизический атлас Индийскогоокеана. В нем много новых подробных карт дна. Океанологами изучен не толькорельеф, но и распределение отложений, глубинное строение земной коры, подводныеземлетрясения, магнитные аномалии. В наши дни Океан изучают разными способами.Трудно исследовать глубины на специальных аппаратах без надежной связи споверхностью. А радиоволны, служащие нам верой и правдой на Земле и в космосе, гаснутв воде, преодолев лишь десятки-сотни метров. Заменить их пока могут лишь волныакустические.
-4-
Глава II
Чемзанимается гидроакустика.
Гидроакустика занимаетсявопросом генерирования, передачи, приёма и использования природного звука.Поскольку радио- и световые волны в большой степени поглощаются водами океанов,а звуковые волны практически не поглощаются, звук используется для зондированиядна океанов, определения местонахождения различных объектов в океанах,исследования природы донных отложений и как средство связи.
Самым ранним использованиемподводного звука была установка под плавучие маяки и бакены колоколов,погруженных в воду. В период плохой видимости звук этих колоколов можно былообнаружить на больших расстояниях при помощи гидрофонов, устанавливаемых в корпусесудна.
В 1912 г. Томас ГринФессенден разработал электромагнитный источник звука, который позволилосуществить связь между судами путём подводной сигнализации с помощью азбукиМорзе. Разработка эхолота явилась другим примером раннего использованиягидроакустики. В 1937 году впервые был применен новый метод измерения глубин,основаный на эффекте звукового сигнала от дна.
Измерения глубин эхолотомизменили прежние представления ученых о рельефе дна океана. Почти все промерысейчас проводятся эхолотами, а сам метод получил название эхолотирования.Скорость распространения звуковых сигналов обычна равна 1460 м/с ( 800мор. саженей ). Для точного измерения глубин совершенно необходимо иметьисточник колебаний со строго определённой периодичностью посылки звуковыхсигналов. В противном случае незначительные отклонения в периодичности посылкисигнала и изменения напряжения питаниямогут повлиять на синхронность работы самописца, что повлечёт за собойсущественные погрешности в определении времени между прямым и отраженнымзвуковым импульсом на эхограмме.
Большинство применяемыхсейчас эхолотов снабжено встроенными стабилизаторами частоты посылки сигналов,что обеспечивает стабильное управляющее напряжение самописцам; в результатедостигается почти 100% точностьизмерения. Метод эхолотирования не позволяет с такой же точностью получать
-5-
абсолютные глубины, поскольку скорость прохождениязвука через толщу воды для разных глубин различна. Тем не менее повторное
зондирование при изменении частоты сигналов должно показать те же самые величины.
Ошибки иного рода приэхолотировании ( в старых моделях эхолотов ) происходят из-за того, что луч,посылаемый эхолотом, распространяется не в виде узкого вертикального пучка, а ввиде конуса с телесным углом около 30°. В результате в тех случаях,когда проводится зондирование крутых склонов, сигнал обычно отражается отближайшей к судну точки на склоне, а не от
поверхности дна строго под судном. Эхолот измеряет глубину воды под корпусомсудна путём хронометрирования эха коротких звуковых импульсов, отражающихся отдна океана. Первоначально основными задачами гидроакустики были обнаружениеподводных лодок, определение дальности распространения звука и т.д. В настоящеевремя гидроакустика является
областью прикладных и научных исследований.Преломление и отражение звука используются геофизиками и морскими геологами дляиспользования глубинной структурыокеанического дна (сейсмическое профилирование ) и составления карт дна океанов ( измерения эхолотом ). Биологи моряизучают звуки, издаваемые различными формами морской фауны.
Скорость распространениязвука равна квадратному корню из отношения сжимаемости морской воды к еёплотности и в океанах зависит от температуры, солёности и давления (глубины ).Основное влияние на скорость звука оказывает температура. Скорость звука в морскойводе колеблется от 1450 до 1570 м/c; она увеличивается сувеличением температуры на переменную величину, составляющую примерно 4,5 м/cна 1°С; она также увеличиваетсяна 1,3 м/cпо мере возрастания солёности воды на 10/00 , и, наконец, онаувеличивается с глубиной на 1,70 м/cна 100 м.
Применения электронныхметодов для акустических и сейсмических исследований, а также для изучениямагнетизма, сил тяжести теплового потока на океанической коре имеет громадноезначение для быстрого развития морской геологии.
Развитие эхолотированияпобудило специалистов, занимающихся морскими подводными съёмками составитьвесьма подробные карты континентальных шельфов и склонов.
В 50-е годы существенымвкладом в развитие морской геологии явились разработка и использованиесейсмического
-6-
профилирования методом отраженных волн, чтопозволило изучить характер структур и формаций, залегающих под поверхностьюокеанического дна. Этим методом были исследованы многие континентальные склонына земном шаре; бесчисленные профили пересекли все океаны, что обеспечилопоступление огромного потока информации.
Акустические приборы,буксируемые вблизи морского дна, обеспечивают получение более точных профилейрельефа, чем те, которые получали с помощью приборов, установленных нанадводных судах. Метод бокового сканирования, использующий бортовые илипогружные буксируемые приборы ( геосонары ), дают возможность охватить широкиеполосы дна по обе стороны от движущегося судна, благодаря чему можно получитьтрёхмерную картину рельефа дна.
Значительный прогресс вповышении точности определения местоположения судов достигнут благодаря такимнововведениям, как спутниковая навигация и триангуляция с помощью системыпогружаемых буев, снабженных акустическими приборами ( транспондерами ). С большимуспехом применяются и другие электронные навигационные устройства, а такжесудовые компьютеры, системы накопления, хранения и обработки данных.
-7-
Глава III
Методы измерения глубин.
До 1920 г. все промерыглубин осуществлялись таким образом: в воду опускали груз, подвешенный на концелиня; когда груз достигал дна (этот момент отмечался на лине ), линь с грузомвыбирали и замеряли длину линя. После 1870 г. верёвочный линь, растяжениекоторого сказывалось на результатах измерения, был заменён металлическимтросом. Для получения истинной глубины дна необходимо, чтобы положение троса вмомент замера было близко к вертикальному. Промеры с помощью металлическоготроса также весьма затруднительны, даже при использовании скоростных лебёдок ивысокоманевренных судов, спуск груза с которых может проводиться при почтивертикальном положении троса. Глубоководный промер этим способом занимает часы.
Существует еще один методдля получения картины поверхности дна по обе стороны от маршрута судна,состоящий в использовании гидролокатора, аналогичного устройствам, применяемымдля обнаружения подводных лодок. Луч этого излучателя направлен вниз под небольшимуглом от поверхности океана.
Сейсмическое профилирование методомотражения волн (МОВ) сходно с эхолотированием, однако здесь вместо высокочастотныхиспользуются низкочастотные импульсы упругих волн, которые в меньшей степенипоглощаются при прохождении через слои осадков и коренных пород морского дна.Границы между слоями осадочных пород получаются в виде полос, лежащих поддонной поверхностью и выражающихся уплотнением записи. Это даёт возможностьвыявить строение осадочных слоёв, определить глубину залегания фундамента идругих важных границ раздела океанической коры. Также с помощью сейсмическихисследований было установлено, что под океанами, как и под континентами имеетсяповерхность раздела, ниже которой звуковые волны распространяются со скоростью,несколько превышающей 8 км/сек, тогда как выше этойповерхности скорость распространения их более низкая.
Академик Л. Бреховскихразработал подробную теорию распространения звуковой энергии, которую он назвал“подводным звуковым каналом”, и и 1976 году его вместе с коллективом авторовмонографии “Акустика океана” наградили Государственной
-8-
премией. Эксперименты проводились нанаучно-исследовательских судах “Сергей Вавилов” и “Петр Лебедев”, первыхплавучих лабораториях, специально приспособленных для этого.
Аналогичное открытие сделалии американцы. Впрочем, их работы проводились в обстановке строжайшейсекретности, а результаты не публиковались, вероятно, из-за военнойнаправленности исследований.
Дальность действия подводныхканалов поразительна! Звук от подводного взрыва полуторакилограммового заряда вАтлантике зафиксировали приборы на Бермудских островах, находящихся в 4500км от места эксперимента. В воздухе такой взрыв был бы слышен на расстоянии небольше 4 км, а в лесу — не больше 200 м. С помощью волноводов в настоящее времяфиксируются ядерные испытания .
Это явление привелоспециалистов к принципиально новой идее акустической спасательной службы:достаточно взорвать сигнальную гранату, чтобы мгновенно определить место аварииили катастрофы и организовать помощь.
Кроме того, акустическийволновод оказался очень полезным и для метеорологов: подводные приемники,оказывается, могут улавливать шумы из эпицентра урагана, бушующего за сотникилометров от станции. Следя за направлением и громкостью этих зауков, впринципе нетрудно рассчитать и курс урагана, перехватить отзвуки грозногоцунами, что особенно важно для жителей прибрежных районов — ведь от Чили доГавайских островов волна цунами идет 10 ч, а от Чили до Японии — 20ч. Сущаячерепаха по сравнению со своим звуковым сопровождением!
-9-
Заключение.
Не исключено, что океанскиеакустические коммуникации играют роль своеобразной нити Ариадны для некоторыхморских животных, например, для дельфинов. Наши водные братья по разумуобладают таким чувствительным звуколокатором, что наверняка куда раньше принимаютпредепреждения о сейсмических катастрофах, подводных извержениях, цунами иураганах, чем современная аппаратура, созданная человеком. Но, несомненно,наступит час, когда и мы будем столь же хорошо посвящены в тайны голубогоконтинента!
Мне очень хочется бытьпричастным к этим открытиям, вот почему я выбрал факультет “Акустическиесистемы и приборы” — дорогу к изучению Мирового Океана.
-10-
Список литературы:
1. Океанографическаяэнциклопедия. Под ред. канд. геогр. наук Мироненко З. И., Ковель Л. В.“Гидрометеоиздат”, 1974 г.
2. Шепард Ф. П. Морскаягеология. Перевод с английского Филатова С., под ред. канд. геол.-минер. наукЛасточкина А. Н. Ленинград, “Недра”, 1976 г.
3. Аксенов А., Чернов А.Человек и океан. Москва, “Международная библиотека”, 1979 г.
4. Ермолаев Г. Морская лоция.Москва, “Транспорт”, 1975 г.
5. Советский энциклопедическийсловарь. Под ред. Прохорова А. М. Москва, “Советская энциклопедия”, 1984 г.
6. Климова. В. Радиоволнасообщает о болезни. Журнал “Техника — молодежи” № 4, 1985 г.
7. Глущенко Н. Нас понимают ислушаются нас. Журнал “Техника — молодежи” № 8, 1983 г.
8. Малаев А. Акустика и…куры. Журнал “Техника — молодежи” № 2, 1982 г.
9. Юша Ю. Загадка горы Кинмей.Журнал “Техника — молодежи” № 2, 1980 г.
10. Родиков В. Свет и звук вприродных волноводах. Журнал “ Техника — молодежи” № 6, 1979 г.