mmb1343
عضو جدید
-آکوستیک زیرآب
سرعت صوت در دريا كه پارامتر مهم در محاسبات و طراحي دستگاه‌هاي سونار ميباشد. تغييرات سرعت صوت در دريا تعيين كننده ويژگي‌‌هاي مربوط به انتشار صوت در محيط مربوط ميباشد و اين تغييرات بستگي به نواحي مختلف دريا دارد. سرعت صوت تحت تاثير عوامل گوناگوني نظير عمق، فصل، منطقه جغرافيايي، محيط و زمان تغيير مي‌كند. از نظر تاريخي اولين كوششي كه براي اندازه‌گيري سرعت صوت انجام گرفت در سال 1827 توسط وود كلادن و اشتورم بود. بطور كلي سرعت امواج صوتي كه در داخل آب حركت مي‌كنند سه پارامتر كنترل ميشود.
1ـ فشار (ناشي از افزايش عمق)
2ـ درجه حرارت
1ـ شوري
فشار
فشار در دریا با توجه به عمق و چگالی آب دریا در هر نقطه تغییر می کند واحد فشار پاسکال در سیستم SIمی باشد هر پاسکال مقدار فشاری است که توسط نیرو یک نیوتنی به مساحت یک متر وارد می گردد واحد های دیگر فشار مثل میلی متر جیوه ، بار، میلی بار ،نیز استفاده می شود که با ضریب عدی قابل تبدیل به واحد SI امکان پذیر می باشد
نمودار(14-!) الف فشار بر حسب عمق
2ـ شوري
آب دريا حاوی مقادير زيادي املاح معدني ميباشد. مقدار نمك موجود در يك آب دريا را شوري آب می گویند و نيز وزن آب دريا با غلظت بالا در حدود 64 پوند است در صورتي كه وزن آب شيرين با همان حجم برابر 4/42 پوند است. اين اختلاف وزن بعلت وجود نمك در آب است. بطوركلي ازدياد شوري آب باعث ازدياد سرعت صوت در آب ميشود.
در اقيانوس‌‌ها شوري معمولاً بين 30 تا 35 در هزار است و در نزديكي رودخانه‌ها و ديگر منابع آب شيرين اين نسبت به صفر مي‌رسد به ازاء هر يك در هزار اضافه شدن شوري آب، سرعت صوت به مقدار ( 4 ft/s ) اضافه ميشود. اثر شوري بر روي سرعت صوت كمتر از اثر حرارت بوده ولي از اثر فشار بيشتر است. منحني زير تغييرات سرعت صوت را به تغييرات شوري نشان مي‌دهد.
(14-1)ب منحنی شوری نسبت به عمق
نمودار (1ـ 1) ب منحني معمولي براي شوري بر حسب عمق
3ـ حرارت
درجه حرارت آب به عنوان يك فاكتور مهم و بنيادي در تاثيرگذاري بر روي سرعت صوت ميباشد. اثر تغييرات سرعت و درجه حرارت به نسبت مستقيم است يعني اگر درجه حرارت افزايش يابد سرعت صوت نيز افزايش مي‌يابد و بالعكس. سرعت صوت به ازاء یک درجه فارنهايت افزوده شدن دما، 4 تا 8 فوت بر ثانيه افزايش مي‌يابد.
نمودار های ارائه شده در این بخش معرفي بيانگر تغييرات سرعت صوت بر حسب تغييرات درجه حرارت ميباشد.
چون وضعيت حرارتي دريا اهميت فوق‌العاده‌اي براي سيستم‌هاي سونار دارد بنابراين وسيله‌اي خاص براي اندازه‌گيري درجه حرارت آب در عمق‌هاي مختلف دريا بايستي وجود داشته باشد. اين وسيله بتي ترموگراف است و براي ناو و زيردريايي از حياتي‌ترين وسايل ميباشد.
از بتي ترموگراف زيردريايي اطلا‌عات دقيق‌تري نسبت به ترموگراف ناوها خواسته ميشود چون شوري، فشار و درجه حرارت علاوه بر کارکرد سونار براي باقي ماندن زیر دریایی در عمق مورد نظر حیاطی ميباشد.
تحت بعضي از شرايط يك پالس مخابره شده بوسيله سونار ممكن است به آساني در آب دريا كه داراي درجه حرارت‌هاي متفاوت باشد حركت نمايد و تحت بعضي از شرايط ديگر يك پالس صوتي ممكن است بعلت آنكه منعكس و پراكنده ميشود به رگه‌ائي كه 5 درجه اختلاف درجه حرارت دارد نتواند اصلاً نفوذ نمايد.
طبيعت صوت همواره گرايشي به طرف آبهايي با درجه حرارت كمتر دارد و چون درجه حرارت معمولاً با زياد شدن عمق كمتر ميشود رد عبوري پالسهاي مخابره شده هميشه بطرف پايين ميباشد. نمودار (3ـ 2) “منحني معمولي براي درجه حرارت بر حسب عمق” نشان می دهد
نمودار (14ـ 1) ت منحنی دما نسبت به عمق
تلاش‌هاي تئوري فراواني براي بدست آوردن رابطه‌اي براي سرعت صوت بر حسب سه پارامتر مذكور صورت گرفت در زیر به چند نمونه از این فرمول ها اشاره شده است
شکل (41-1) ث کلی نمودار سرعت صوت در دریای عمیق که از چند لایه تشکیل شده است
شکل(41-1)پ دیگری از نمودار سرعت صوت در دریای عمیق که از چند لایه تشکیل شده است
شکل (15-1) نمودار سرعت صوت در فصل زمستان (نیمه بالای شکل) و تابستان ( نیمه پایین شکل) برای چهار نقطه انتخاب شده از دریاها محور افقی، بیان گر سرعت انتشار صوت در آب دریا بر حسب متر بر ثانیه است محور عمودی بیان گر مقدار عمق در یا بر حسب متر است عمق صفر نشان دهند سطح دریا است (25)
انکسارامواج صوتی و قانون اسنل
چنانچه در دريا درجه حرارت‌هاي متفاوت وجود نداشت امواج صوتي تقريباً بصورت مستقيم حركت مي‌كردند. چون در تمام عمقها سرعت صوت تقريباً برابر است. همانطوري كه در شكل زير ديده ميشود امواج پخش شد، با يك نسبت ثابت ضعيف مي‌شوند. متاسفانه سرعت صوت در تمام درجه حرارت‌ها يكي نيست. چنانچه درجه حرارت از 30 درجه فار نهايت به 85 درجه تغيير يابد سرعت صوت در آب از 4700 فوت بر ثانيه به 5300 فوت بر ثانيه تغيير مي‌يابد.
نمودار (16-1) الف سرعت صوت بر حسب عمق
سرعت صوت در دريا كه پارامتر مهم در محاسبات و طراحي دستگاه‌هاي سونار ميباشد. تغييرات سرعت صوت در دريا تعيين كننده ويژگي‌‌هاي مربوط به انتشار صوت در محيط مربوط ميباشد و اين تغييرات بستگي به نواحي مختلف دريا دارد. سرعت صوت تحت تاثير عوامل گوناگوني نظير عمق، فصل، منطقه جغرافيايي، محيط و زمان تغيير مي‌كند. از نظر تاريخي اولين كوششي كه براي اندازه‌گيري سرعت صوت انجام گرفت در سال 1827 توسط وود كلادن و اشتورم بود. بطور كلي سرعت امواج صوتي كه در داخل آب حركت مي‌كنند سه پارامتر كنترل ميشود.
1ـ فشار (ناشي از افزايش عمق)
2ـ درجه حرارت
1ـ شوري
فشار
فشار در دریا با توجه به عمق و چگالی آب دریا در هر نقطه تغییر می کند واحد فشار پاسکال در سیستم SIمی باشد هر پاسکال مقدار فشاری است که توسط نیرو یک نیوتنی به مساحت یک متر وارد می گردد واحد های دیگر فشار مثل میلی متر جیوه ، بار، میلی بار ،نیز استفاده می شود که با ضریب عدی قابل تبدیل به واحد SI امکان پذیر می باشد
(22)
P[SUB]0[/SUB]فشار جو𝞺 چگالی آب بر حسب کیلو گرم بر متر مکعب وzعمق بر حسب متر است نمودار منحنی فشار بر حسب عمق می باشدنمودار(14-!) الف فشار بر حسب عمق
2ـ شوري
آب دريا حاوی مقادير زيادي املاح معدني ميباشد. مقدار نمك موجود در يك آب دريا را شوري آب می گویند و نيز وزن آب دريا با غلظت بالا در حدود 64 پوند است در صورتي كه وزن آب شيرين با همان حجم برابر 4/42 پوند است. اين اختلاف وزن بعلت وجود نمك در آب است. بطوركلي ازدياد شوري آب باعث ازدياد سرعت صوت در آب ميشود.
در اقيانوس‌‌ها شوري معمولاً بين 30 تا 35 در هزار است و در نزديكي رودخانه‌ها و ديگر منابع آب شيرين اين نسبت به صفر مي‌رسد به ازاء هر يك در هزار اضافه شدن شوري آب، سرعت صوت به مقدار ( 4 ft/s ) اضافه ميشود. اثر شوري بر روي سرعت صوت كمتر از اثر حرارت بوده ولي از اثر فشار بيشتر است. منحني زير تغييرات سرعت صوت را به تغييرات شوري نشان مي‌دهد.
(14-1)ب منحنی شوری نسبت به عمق
نمودار (1ـ 1) ب منحني معمولي براي شوري بر حسب عمق
3ـ حرارت
درجه حرارت آب به عنوان يك فاكتور مهم و بنيادي در تاثيرگذاري بر روي سرعت صوت ميباشد. اثر تغييرات سرعت و درجه حرارت به نسبت مستقيم است يعني اگر درجه حرارت افزايش يابد سرعت صوت نيز افزايش مي‌يابد و بالعكس. سرعت صوت به ازاء یک درجه فارنهايت افزوده شدن دما، 4 تا 8 فوت بر ثانيه افزايش مي‌يابد.
نمودار های ارائه شده در این بخش معرفي بيانگر تغييرات سرعت صوت بر حسب تغييرات درجه حرارت ميباشد.
چون وضعيت حرارتي دريا اهميت فوق‌العاده‌اي براي سيستم‌هاي سونار دارد بنابراين وسيله‌اي خاص براي اندازه‌گيري درجه حرارت آب در عمق‌هاي مختلف دريا بايستي وجود داشته باشد. اين وسيله بتي ترموگراف است و براي ناو و زيردريايي از حياتي‌ترين وسايل ميباشد.
از بتي ترموگراف زيردريايي اطلا‌عات دقيق‌تري نسبت به ترموگراف ناوها خواسته ميشود چون شوري، فشار و درجه حرارت علاوه بر کارکرد سونار براي باقي ماندن زیر دریایی در عمق مورد نظر حیاطی ميباشد.
تحت بعضي از شرايط يك پالس مخابره شده بوسيله سونار ممكن است به آساني در آب دريا كه داراي درجه حرارت‌هاي متفاوت باشد حركت نمايد و تحت بعضي از شرايط ديگر يك پالس صوتي ممكن است بعلت آنكه منعكس و پراكنده ميشود به رگه‌ائي كه 5 درجه اختلاف درجه حرارت دارد نتواند اصلاً نفوذ نمايد.
طبيعت صوت همواره گرايشي به طرف آبهايي با درجه حرارت كمتر دارد و چون درجه حرارت معمولاً با زياد شدن عمق كمتر ميشود رد عبوري پالسهاي مخابره شده هميشه بطرف پايين ميباشد. نمودار (3ـ 2) “منحني معمولي براي درجه حرارت بر حسب عمق” نشان می دهد
نمودار (14ـ 1) ت منحنی دما نسبت به عمق
تلاش‌هاي تئوري فراواني براي بدست آوردن رابطه‌اي براي سرعت صوت بر حسب سه پارامتر مذكور صورت گرفت در زیر به چند نمونه از این فرمول ها اشاره شده است
فرمول گواهاراC=1445+4.664T+0.0554T[SUP]2[/SUP]+1.307(S-35)+… (23)
فرمول گرد سوC=1448.6+4.6T-0.05237T[SUP]2[/SUP]+1.25(S-35) +…… (24)
این فرمول ها با دقت های متفاوت و روش تئوری بدست آمده که در این فرمول ها S شوری بر حسب PPTودما بر حسب سانیگراد و Z عمق بر حسب متر است. شکل (41-1) ث کلی نمودار سرعت صوت در دریای عمیق که از چند لایه تشکیل شده است
شکل(41-1)پ دیگری از نمودار سرعت صوت در دریای عمیق که از چند لایه تشکیل شده است
انکسارامواج صوتی و قانون اسنل
چنانچه در دريا درجه حرارت‌هاي متفاوت وجود نداشت امواج صوتي تقريباً بصورت مستقيم حركت مي‌كردند. چون در تمام عمقها سرعت صوت تقريباً برابر است. همانطوري كه در شكل زير ديده ميشود امواج پخش شد، با يك نسبت ثابت ضعيف مي‌شوند. متاسفانه سرعت صوت در تمام درجه حرارت‌ها يكي نيست. چنانچه درجه حرارت از 30 درجه فار نهايت به 85 درجه تغيير يابد سرعت صوت در آب از 4700 فوت بر ثانيه به 5300 فوت بر ثانيه تغيير مي‌يابد.
نمودار (16-1) الف سرعت صوت بر حسب عمق