Иван Хорбенко - Звуки в морских глубинах

Две трети огромной протяженности границ Советского Союза морские и лишь одна треть границ сухопутная. Моряки Военно-Морского Флота зорко стоят на страже морских рубежей нашей Родины. Днем и ночью, в тишь и ненастье, зимой и летом бдительно несут свою почетную и ответственную вахту и наши моряки-гидроакустики.

Но гидроакустика служит не только для военных целей. В мореходстве, изучении морских глубин, строительстве подводных сооружений и в рыболовстве на морских и океанских просторах также нельзя обойтись без гидроакустики.

Затаите дыхание. Внимательно прислушайтесь. Что вы слышите? Оказывается, вы слышите очень много звуков, о существовании которых и не подозревали.

Человеческое ухо привыкает к постоянным, непрерывно действующим звукам и перестает их замечать.

Часто возникает сомнение, идут ли настольные часы или будильник. Но стоит напрячь внимание, как вдруг вы начинаете слышать звук хода часов, который еще долго будет преследовать ваш слух, пока вы не отвлечетесь и не перестанете его вновь замечать.

Где бы вы ни находились, в любое время суток и года вас окружает многообразный мир звуков: то пронзительно резких, грубых, неожиданных, то осторожных, ласковых, мелодичных, а часто едва уловимых.

Причины возникновения звуков различны. Есть звуки, создаваемые природными явлениями, стихией, и звуки, создаваемые различными механизмами, транспортом, прохожими и т. д. Эти звуки сливаются в общий звук, воспринимаемый ухом как шум. Но есть звуки вполне определенные, например, музыка, пение, разговорная речь одного человека. Если в первых звуках, т. е. шуме, наблюдается беспорядочность, то вторые носят вполне определенный характер.

Следовательно, звуки бывают неорганизованные и организованные. Но даже среди организованных звуков можно уловить сопровождающие их второстепенные звуки. Слушая, например, мелодию граммофонной пластинки, мы улавливаем и шум иглы, скользящей по пластинке. Слушая игру на рояле, мы отмечаем и такие звуки, как скрип педали, стук пальцев о клавиши, шелест нотной бумаги. При пении слышно дыхание исполнителя.

Чтобы услышать второстепенные звуки, нужно сосредоточить свое внимание на этих звуках и несколько отвлечься от основного звука, что мы практически делаем редко.

Зазвонил звонок. Вы слышите резкий звук. Что происходит? А все объясняется довольно просто. Молоточек звонка ударяет по металлической чашке, которая колеблется.

Окружающий чашку звонка воздух от ее колебаний то сгущается, то разрежается. Сгущения и разрежения воздуха быстро распространяются все дальше и дальше, наконец достигая органа слуха (рис. 1).

Рис. 1. Колебания чашки звонка создают сгущение и разрежение воздуха .

Таким образом, частицы воздуха под действием колебаний чашки звонка также совершают колебательное движение. В природе можно наблюдать множество примеров колебательного движения. Из них наиболее распространены движение маятника часов, раскачивание качелей (рис. 2), качание груза, подвешенного на спиральной пружине, и т. п.

Рис 2. Раскачивание качелей — пример колебательного движения .

Интересный и в то же время простой опыт можно провести на биллиардном столе.

Расположите все шары на столе в одну линию на расстоянии одного — двух сантиметров один от другого. Затем ударьте кием по первому шару и вы увидите, что волновое движение быстро распространилось от первого шара до последнего, при этом все шары, кроме последнего, остались на месте, не считая небольшого передвижения в пределах одного — двух сантиметров (рис. 3).

Рис. 3. Последний биллиардный шар резко отскочил, в то время как остальные остались на прежнем месте .

Проще объяснить колебательный характер звука можно на примере образования волн на воде при падении камня.

Бросьте камень в воду и внимательно наблюдайте, что произойдет. В месте падения камня возникает углубление, потом возвышение, а затем неожиданно появляются концентрические круги возвышений и впадин. Это волны. Они быстро передвигаются, что можно определить по увеличению размеров окружностей гребней волн.

При этом распространяются волны, а не частицы воды. Для проверки этого вывода бросьте в воду при распространении волн пробку, поплавок или клочок бумаги и вы убедитесь, что брошенный предмет не передвигается, а только поднимается, и опускается (рис. 4), т. е. совершает колебательные движения.

Рис. 4. Плавающий предмет не передвигается по ходу распространения волны, а только опускается и поднимается .

Этот опыт подтверждает, что частицы воды не передвигаются на большие расстояния, а совершают колебательные движения, передавая свою энергию соседним частицам.

Таким образом, возникновение звука при работе звонка можно сравнить с возникновением волн на поверхности воды. Разница только в том, что роль камня выполняет звонок, а роль воды — окружающий воздух.

Проведенные опыты подтверждают и объясняют колебательные движения. Характер же колебаний бывает разный.

При распространении волн на поверхности воды колебания совершаются поперек действия силы, вызвавшей волну. Поплавок на воде то поднимается, то опускается. Поэтому такие волны называются поперечными .

В опыте на биллиарде и сила, вызвавшая колебания, и распространение волн направлены в одну сторону. Такие волны называются продольными.

Какие же колебания по своему характеру более близки к звуковым? Оказывается, продольные колебания биллиардных шаров больше напоминают звуковые волны.

В самом деле, воздух можно представить состоящим из частиц, которые могут перемещаться под действием каких-либо сил. Если, например, компрессор нагнетает в баллон воздух, то отдельные частицы его сжимаются равномерно. Но если в воздухе заставить колебаться какое-либо тело с большей частотой, то частицы воздуха вокруг тела будут сгущаться или разрежаться одновременно с колебаниями тела. Сгущение и разрежение будут передаваться подобно случаю с биллиардными шарами соседним частицам. При определенном числе сгущений и разрежений воздуха в секунду наше ухо их воспринимает как звук. Сами сгущения и разрежения образуют звуковые волны. В местах сгущения давление повышается, а в местах разрежения — понижается (рис. 5).