Какая вода пропускает звук

Может ли вода проводить звук?

Все звуки производятся очень быстрыми волновыми движениями, называемыми вибрацией. Вибрация — это источник звуков. Звук от вибрирующего предмета достигает вашего уха

при помощи среды, звукопроводящего вещества. Среда может быть твёрдой, жидкой и газообразной.

Звук, идущий от вибрирующего предмета к вашему уху, представляет собой волну. Предмет при своей вибрации надавливает на крохотные частички, находящиеся с ним рядом, частички сжимаются, спрессовываются вместе. Предмет отклоняется в другую сторону, давление на частички ослабевает. Такие сжатия и ослабления давления создают звуковую волну. Звук не просто передаётся таким же путём в воде, но скорость его в воде в 4 раза превышает скорость в воздухе. Звук распространяется в воздухе со скоростью 335 метров в секунду, а в воде со скоростью 1463 метра в секунду.

Проводимость звука в воде очень полезна для человека. Корабли и подводные лодки оснащены акустическим оборудованием для обнаружения местоположения судов. Посылая звуковой сигнал подводным динамиком и получая ответный сигнал, как эхо со дна моря, можно узнать глубину воды под судном.

Посылая звуковые сигналы в горизонтальном направлении, можно определить нахождение соседнего судна или подводных скал. Можно определить направление и расстояние, на котором они находятся.

Для комментирования нужно зарегистрироваться или войти

Источник

Может ли вода проводить звук?

Все звуки производятся очень быстрыми волновыми движениями, называемыми вибрацией. Вибрация — это источник звуков. Звук от вибрирующего предмета достигает вашего уха при помощи среды, звукопроводящего вещества. Среда может быть твердой, жидкой и газообразной. Звук, идущий от вибрирующего предмета к вашему уху, представляет собой волну. Предмет при своей вибрации надавливает на крохотные частички, находящиеся с ним рядом, частички сжимаются, спрессовываются вместе. Предмет отклоняется в другую сторону, давление на частички ослабевает. Такие сжатия и ослабления давления создают звуковую волну.

Звук не просто передается таким же путем в воде, но скорость его в воде в 4 раза превышает скорость в воздухе. Звук распространяется в воздухе соскоростью 335 м/сек, а в воде со скоростью 1463 м/сек. Проводимость звука в воде очень полезна для человека. Корабли и подводные лодки оснащены акустическим оборудованием для обнаружения местоположения судов.

Посылая звуковой сигнал подводным динамиком и получая ответный сигнал, как эхо со дна моря, можно узнать глубину воды под судном. Посылая звуковые сигналы в горизонтальном направлении, можно определить нахождение соседнего судна или подводных скал. Можно определить направление и расстояние, на котором они находятся.

Метаматериал позволит услышать подводные звуки в воздухе

Roberto Trombetta / flickr.com

Физики из Японии и Южной Кореи разработали метаматериал, который пропускает около 30 процентов энергии звуковых волн, если поместить его на границе вода-воздух, в то время как обычно эта граница пропускает менее процента энергии звука. Новый метаматериал позволит применить чувствительные конденсаторные микрофоны для записи подводных звуков и значительно увеличит качество таких записей. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics.

Граница вода-воздух очень плохо пропускает звук. Акустическое сопротивление воды в 3600 раз больше, чем у воздуха, а потому энергия звуковой волны при прохождении через их границу уменьшается почти на три порядка. Это легко проверить самостоятельно, постучав, например, двумя камнями на воздухе и под водой — если вы и услышите, как камни щелкают при ударе в воде, звук до ваших ушей дойдет скорее через руки и тело, чем через воду и воздух.

С другой стороны, пьезоэлектрические микрофоны, которые в основном используют для записи подводных звуков, имеют сравнительно низкую чувствительность. Чувствительность — это отношение выходного напряжения микрофона к давлению записываемого им звука; чем она выше, тем более тихие звуки может записать микрофон, и тем меньше будет отношение шума к полезному сигналу. Чувствительность стандартного конденсаторного микрофона почти в тысячу раз превышает чувствительность пьезоэлектрического. В то же время, качественная запись подводных звуков очень важна для морской биологии, подводных коммуникаций и систем позиционирования. Поэтому ученые ищут способы уменьшить потери энергии на границе вода-воздух, чтобы воздушные микрофоны можно было применить для подводных исследований.

Группа физиков под руководством Сэма Ли (Sam Lee) наконец нашла способ значительно снизить эти потери. Если поместить изготовленный учеными метаматериал на границе вода-воздух, можно добиться почти 160-кратного увеличения энергии прошедшей волны — с долей процента до трети от энергии падающей волны. Метаматериал состоит из большого числа метаатомов, выстроенных вдоль двумерной поверхности и представляющих собой пластиковые цилиндры (АБС-пластик). Внутри каждого цилиндра находится резиновая мембрана толщиной примерно 57 микрометров, в центре которой закреплен кусочек эпоксидной смолы массой около 60 миллиграмм. Еще одна мембрана разделяет воду и воздух, так что кусочек смолы находится в воздухе и может свободно колебаться.

Eun Bok et al. / Phys. Rev. Lett.

Оказывается, что акустический импеданс такого метаатома очень интересно зависит от частоты падающей на него звуковой волны. Акустический импеданс — это обобщение акустического сопротивления, с его помощью можно описывать не только свободные звуковые волны, но и затухающие (в сущности, эта величина аналогична комплексной диэлектрической проницаемости в оптике). Свободным волнам отвечает действительная часть импеданса, затухающим — комплексная. У пустого цилиндра, который разделяет воду и воздух, обе части акустического импеданса медленно уменьшаются с увеличением длины звуковой волны. Однако при добавлении колеблющейся массы все меняется, и комплексная часть импеданса резко падает практически до нуля для определенных длин волн, причем «резонансная» длина прямо пропорциональна расстоянию между массой и границей вода-воздух. Чтобы качественно понять, чем вызвано такое поведение, физики рассмотрели простую одномерную модель (смотри рисунок).

Схема одномерной модели пустого метаатома и результаты расчетов действительной (сплошная линия) и мнимой (пунктирная) частей акустического импеданса

Eun Bok et al. / Phys. Rev. Lett.

Схема одномерной модели метаатома с мембраной и результаты расчетов действительной (сплошная линия) и мнимой (пунктирная) частей акустического импеданса

Источник

Как взаимодействуют вода и звук

В разделе “Вода” и подразделе “Феномены” мы затрагивали основные свойства воды. Но ничего не сказали в этой статье про то, как взаимодействуют вода и звук. В статье “Тушем пожар: огонь, вода и медные трубы” мы затрагивали звук и огонь, но, опять же, не заценили взаимосвязь воды и звука. Тогда как это очень и очень интересная тема.

Как взаимодействуют вода и звук? Это зависит от качеств воды (в меньшей степени) и от качества звука. Качество звука определяется в первую очередь его частотой. Частота – это количество колебаний в единицу времени. Частота измеряется в герцах (Hz, почти что хз). Кстати, с частотой мы сталкивались в статье “Волны Шумана – что это?“.

Один герц – это одно действие в секунду. А 25 герц – это 25 действий (колебаний, сжатий, толчков и т.д.) в секунду. Частота переменного тока в сети – 60 Гц, то есть, ток колеблется взад-вперёд 60 раз в секунду.

Звук – это колебания воздуха (вызванные колебаниями источника звука, динамиками). Точно так же звук в 23 Гц – это 23 подачи звука 23 раза в секунду.

Итак, как, интересно, взаимодействует вода и звук?

Пример взаимодействия – на видео:

Итак, в единое целое собраны:

динамик
резиновый шланг
генератор звуковых частот
камера, снимающая 24 кадра в секунду.

Источник

Почему вода громче всего «шумит» ДО того, как закипеть, а после — становится гораздо тише

Один из самых часто используемых предметов в быту — чайник, по крайней мере, у меня. Многие люди ставят кипятить в нем воду по несколько раз в день, но мало кто задается вопросом, почему вода шумит громче всего ДО того, как она закипит, а после закипания становится гораздо тише. Это одно из тех явлений, с которыми мы сталкиваемся ежедневно, но почти не обращаем на него внимания.

Так в чем тут дело?

Ответ на этот вопрос сложнее, чем может показаться, ведь все происходит в несколько этапов:

Всем известно, что при достижении точки кипения (100 ℃) молекулы воды получают настолько большое количество энергии, что освобождаются от молекулярных связей, которые удерживают их вместе в жидкой форме и вода превращается в пар.

1. При закипании воды на дне чайника в самой горячей его части (температура нагревательного элемента превышает 100 градусов по Цельсию), образуются тысячи маленьких пузырьков воздуха и насыщенного пара, при этом каждый из них производит звук с частотой 100 Гц.

2. После дальнейшего нагревания пузырьки начинают отрываться от дна и подниматься к поверхности. Когда они проходят через намного более холодные слои воды, расположенные выше, то остывают и разрушаются. Такое «схлопывание» пузырьков газа создает приличные по силе ударные волны (эффект чем-то похож на гидравлический удар в трубах) и производит звук с частотой около 1 кГц, а сам процесс их образования именуется «кавитацией» .

Кавитация — процесс парообразования и последующей конденсации пузырьков пара в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром самой жидкости, в которой возникает.

Это весьма шумный, а иногда разрушительный процесс: например, кавитация приводит к эрозионному разрушению лопастей гребных винтов. Вот еще пример кавитации:

Так, пора вернуться к нашему чайнику. Почему шум воды усиливается до момента закипания, а потом становится гораздо тише?

Коллапсирующие пузырьки пара к тому же перемешивают жидкость, высвобождая еще более мелкие пузырьки паров воды и растворенного в ней воздуха. Эти дополнительно образующиеся микропузырьки также создают звук.

3 , Наконец, когда верхние слои воды разогреются до температуры близкой с 100 ℃, пузырьки, которые образовались на дне поднимаются все ближе и ближе к поверхности. Из-за большего количества образующихся пузырьков начинает нарастать шум. А когда вся вода в чайнике достигнет точки кипения, то пузырьки пара уже поднимаются на поверхность и лопаются там, звук при этом намного более мягкий. Таким образом, вода перестает громко «шуметь» после того как закипит.

Источник

Какая вода пропускает звук