Les ondes sonores se propagent dans l'eau de mer sous forme de vibrations, ou ondes, de pression. Ce sont des ondes longitudinales mécaniques. Dans un milieu élastique, qui est l'eau de mer, ils génèrent une compression périodique et une raréfaction des particules, à la suite de quoi chaque particule se déplace parallèlement à la direction de propagation des ondes. L'élasticité du milieu est caractérisée par la résistance acoustique des ondes, définie comme le produit de la densité du milieu et de la vitesse de propagation des ondes sonores. Ce rapport permet d'estimer la rigidité du milieu qui est 3500 fois plus grande pour l'eau de mer que pour l'air. Par conséquent, il faut beaucoup moins d'énergie pour créer la même pression dans l'eau de mer que dans l'air.

La vitesse de propagation des ondes longitudinales élastiques est la vitesse de propagation du son. Dans l'eau de mer, la vitesse du son varie de 1450 à 1540 m/s. Avec une fréquence d'oscillation de 16 à 20 000 Hz, ils sont perçus par l'oreille humaine. Les vibrations au-dessus du seuil d'audition sont appelées ultrason", Les propriétés des ultrasons sont dues à la haute fréquence et à la courte longueur d'onde. Les vibrations dont la fréquence est inférieure au seuil d'audition sont appelées infrason. Les ondes sonores dans le milieu marin sont excitées par des sources naturelles et artificielles. Parmi les premiers, les vagues marines, le vent, les accumulations d'animaux marins et leur mouvement, les mouvements d'eau dans les zones de divergence et de convergence, les tremblements de terre, etc., jouent un rôle important dans les activités humaines.

Les ondes sonores dans l'eau de mer se déplacent à des vitesses différentes. Cela dépend de nombreux facteurs, parmi lesquels les plus importants sont la profondeur (pression), la température, la salinité, la structure interne de la colonne d'eau, la répartition inégale de la densité, les bulles de gaz, les particules en suspension, les accumulations d'organismes marins. La vitesse de propagation du son est également influencée par l'évolution rapide de l'état de la surface de la mer, du relief et de la composition du fond.

Riz. 72. Changement de la vitesse du son en fonction de la température et de la salinité à pression atmosphérique normale (mais) et sur la pression à 0 °C et la salinité

35%o ( b)(par 127|)

sédiments de fond. Ces facteurs forment des champs acoustiques inhomogènes, qui donnent lieu à une direction de propagation différente et à l'amplitude de la vitesse des ondes sonores. La plus grande influence sur la vitesse de propagation des ondes sonores est exercée par la pression, la température et la salinité de l'eau de mer. Ces caractéristiques déterminent le coefficient de compressibilité et ses fluctuations provoquent une modification de la vitesse de propagation du son. Lorsque la température augmente, le volume spécifique d'eau de mer augmente et le coefficient de compressibilité diminue, ce qui entraîne une augmentation de la vitesse du son. Dans les eaux de surface, avec une augmentation de la température de O à 5 °, l'augmentation de la vitesse du son change d'environ 4,1 m / s, de 5 à 10 ° - de 3,6 m / s et à 30 ° C - de seulement 2,1 m/s de .

La vitesse du son augmente avec une augmentation simultanée de la température, de la salinité et de la profondeur (pression). La dépendance s'exprime par une variation linéaire des valeurs de ces paramètres (Fig. 72). Il a été établi qu'une augmentation de la salinité de 1% s et de la pression de 100 dbar augmente la vitesse du son d'environ 1,2 et 1,6 m/s, respectivement. Du tableau. 30, qui montre des données sur l'effet de la température et de la salinité sur la vitesse de propagation du son, il s'ensuit qu'avec une augmentation de la salinité à la même température, une augmentation significative de la vitesse du son se produit. Cette croissance est particulièrement perceptible avec une augmentation simultanée de la température et de la salinité de l'eau de mer.

Si la température de l'eau change peu avec la profondeur, comme cela se produit dans la mer Rouge et la mer de Weddell, la vitesse du son augmente sans forte diminution dans la plage de 700 à 1300 m. Dans la grande majorité des autres régions de l'océan mondial , une diminution significative de la vitesse du son est observée dans cet intervalle de profondeur ( Fig. 73).

Tableau 30

Vitesse de propagation du son dans l'eau de mer (m/s) en fonction de la salinité et de la température

(version simplifiée du tableau 1.41 1511)

Le gradient de variation de la vitesse du son dans la colonne d'eau n'est pas le même dans les directions horizontale et verticale. Dans le sens horizontal, il est environ mille fois plus petit que le sens vertical. Comme le note L.M. Brekhovskikh et Yu.P. Lysanov, l'exception concerne les zones de convergence des courants chauds et froids, où ces gradients sont comparables.

Puisque la température et la salinité ne dépendent pas de la profondeur, le gradient vertical est une valeur constante. A une vitesse du son de 1450 m/s, elle est égale à 0,1110 -4 m~".

La pression de la colonne d'eau a un effet significatif sur la vitesse de propagation du son. La vitesse du son augmente avec la profondeur. Cela ressort clairement du tableau. 31 pour les corrections de vitesse du son pour la profondeur.

La correction de la vitesse du son pour la profondeur dans la couche d'eau de surface est de 0,2 m/s, et à une profondeur de 900 m, elle est de 15,1 m/s, c'est-à-dire augmente de 75 fois. Dans les couches profondes de la colonne d'eau

la correction de la vitesse du son devient beaucoup plus petite et sa valeur diminue progressivement avec l'augmentation de la profondeur, bien qu'en termes absolus elle soit significativement

Riz. 73. La variation de la vitesse du son avec la profondeur dans certaines zones de l'océan mondial (par ) dépasse la correction de la vitesse du son dans la couche de surface. Par exemple, à 5 000 m de profondeur, elle est 443 fois supérieure à celle de la couche de surface.

Tableau 31

Correction de la vitesse du son (m/s) à la profondeur

(version simplifiée du tableau 1.42 151 ])

Sur de longues distances, l'énergie sonore ne se propage que le long de rayons doux, qui ne touchent pas le fond de l'océan jusqu'au bout. Dans ce cas, la limitation imposée par l'environnement sur la plage de propagation du son est son absorption dans l'eau de mer. Le principal mécanisme d'absorption est associé aux processus de relaxation qui accompagnent la violation de l'équilibre thermodynamique entre les ions et les molécules de sels dissous dans l'eau par une onde acoustique. Il convient de noter que le rôle principal dans l'absorption dans une large gamme de fréquences sonores appartient au sel de sulfure de magnésium MgSO4, bien qu'en pourcentage, sa teneur dans l'eau de mer soit assez faible - près de 10 fois moins que, par exemple, la roche NaCl le sel, qui pourtant ne joue pas de rôle significatif dans l'absorption du son.

L'absorption dans l'eau de mer, en général, est d'autant plus grande que la fréquence du son est élevée. Aux fréquences de 3-5 à au moins 100 kHz, où le mécanisme ci-dessus domine, l'absorption est proportionnelle à la fréquence à une puissance d'environ 3/2. À des fréquences plus basses, un nouveau mécanisme d'absorption est activé (probablement en raison de la présence de sels de bore dans l'eau), qui devient particulièrement perceptible dans la gamme des centaines de hertz ; ici, le niveau d'absorption est anormalement élevé et diminue beaucoup plus lentement avec une fréquence décroissante.

Pour imaginer plus clairement les caractéristiques quantitatives de l'absorption dans l'eau de mer, notons qu'en raison de cet effet, le son d'une fréquence de 100 Hz est atténué d'un facteur 10 sur un trajet de 10 000 km et d'une fréquence de 10 kHz - à une distance de seulement 10 km (Fig. 2). Ainsi, seules des ondes sonores à basse fréquence peuvent être utilisées pour des communications sous-marines à longue portée, pour la détection à longue portée d'obstacles sous-marins, etc.

Figure 2 - Distances auxquelles les sons de fréquences différentes s'atténuent 10 fois lorsqu'ils se propagent dans l'eau de mer.

Dans la région des sons audibles pour la gamme de fréquences de 20-2000 Hz, la plage de propagation sous l'eau des sons d'intensité moyenne atteint 15-20 km, et dans la région des ultrasons - 3-5 km.

Sur la base des valeurs d'atténuation acoustique observées dans des conditions de laboratoire dans de petits volumes d'eau, on s'attendrait à des plages beaucoup plus importantes. Cependant, dans des conditions naturelles, en plus de l'amortissement dû aux propriétés de l'eau elle-même (ce que l'on appelle l'amortissement visqueux), sa diffusion et son absorption par diverses inhomogénéités du milieu affectent également.

La réfraction du son, ou la courbure du trajet du faisceau sonore, est causée par l'hétérogénéité des propriétés de l'eau, principalement le long de la verticale, pour trois raisons principales : les changements de pression hydrostatique avec la profondeur, les changements de salinité et changements de température dus au réchauffement inégal de la masse d'eau par les rayons du soleil. Du fait de l'action conjuguée de ces causes, la vitesse de propagation du son, qui est d'environ 1450 m/s pour l'eau douce et d'environ 1500 m/s pour l'eau de mer, évolue avec la profondeur, et la loi d'évolution dépend de la saison , l'heure de la journée, la profondeur du réservoir et un certain nombre d'autres raisons . Les rayons sonores quittant la source à un certain angle par rapport à l'horizon sont courbés et la direction de la courbure dépend de la distribution des vitesses du son dans le milieu. En été, lorsque les couches supérieures sont plus chaudes que les couches inférieures, les rayons se courbent et sont principalement réfléchis par le bas, perdant une partie importante de leur énergie. Au contraire, en hiver, lorsque les couches inférieures de l'eau maintiennent leur température, tandis que les couches supérieures se refroidissent, les rayons se courbent vers le haut et subissent de multiples réflexions depuis la surface de l'eau, au cours desquelles beaucoup moins d'énergie est perdue. Ainsi, en hiver, la distance de propagation du son est plus grande qu'en été. En raison de la réfraction, soi-disant. les zones mortes, c'est-à-dire les zones situées à proximité de la source dans lesquelles il n'y a pas d'audibilité.

La présence de réfraction peut cependant entraîner une augmentation de la plage de propagation du son - le phénomène de propagation ultra-longue des sons sous l'eau. À une certaine profondeur sous la surface de l'eau, il existe une couche dans laquelle le son se propage à la vitesse la plus faible ; au-dessus de cette profondeur, la vitesse du son augmente en raison d'une augmentation de la température, et en dessous, en raison d'une augmentation de la pression hydrostatique avec la profondeur. Cette couche est une sorte de canal sonore sous-marin. Un faisceau dévié de l'axe du canal vers le haut ou vers le bas, du fait de la réfraction, a toujours tendance à y revenir. Si une source sonore et un récepteur sont placés dans cette couche, même des sons d'intensité moyenne (par exemple, des explosions de petites charges de 1 à 2 kg) peuvent être enregistrés à des distances de centaines et de milliers de kilomètres. Une augmentation significative de la portée de propagation du son en présence d'un canal sonore sous-marin peut être observée lorsque la source sonore et le récepteur ne sont pas nécessairement situés près de l'axe du canal, mais, par exemple, près de la surface. Dans ce cas, les rayons, se réfractant vers le bas, pénètrent dans les couches profondes, où ils dévient vers le haut et ressortent à la surface à plusieurs dizaines de kilomètres de la source. En outre, le schéma de propagation des rayons est répété et, par conséquent, une séquence de soi-disant. les zones illuminées secondaires, qui sont généralement tracées à des distances de plusieurs centaines de km.

La propagation des sons à haute fréquence, en particulier des ultrasons, lorsque les longueurs d'onde sont très petites, est influencée par de petites inhomogénéités que l'on trouve habituellement dans les réservoirs naturels : micro-organismes, bulles de gaz, etc. Ces inhomogénéités agissent de deux manières : elles absorbent et diffusent l'énergie des ondes sonores. En conséquence, avec une augmentation de la fréquence des vibrations sonores, la portée de leur propagation est réduite. Cet effet est particulièrement perceptible dans la couche superficielle de l'eau, où il y a le plus d'inhomogénéités. La diffusion du son par les inhomogénéités, ainsi que par les irrégularités de la surface de l'eau et du fond, provoque le phénomène de réverbération sous-marine qui accompagne l'envoi d'une impulsion sonore : les ondes sonores, réfléchies par une combinaison d'inhomogénéités et se confondant, donnent un retard de l'impulsion sonore, qui se poursuit après sa fin, semblable à la réverbération observée dans les espaces clos. La réverbération sous-marine est une interférence assez importante pour un certain nombre d'applications pratiques de l'hydroacoustique, en particulier pour le sonar.

Les limites de la plage de propagation des sons sous-marins sont également limitées par ce qu'on appelle. propres bruits de la mer, qui ont une double origine. Une partie du bruit provient de l'impact des vagues sur la surface de l'eau, du ressac, du bruit des cailloux qui roulent, etc. L'autre partie est liée à la faune marine ; cela inclut les sons produits par les poissons et autres animaux marins.

L'eau de mer est un milieu acoustiquement inhomogène. L'hétérogénéité de l'eau de mer consiste en un changement de densité avec la profondeur, la présence de bulles de gaz, de particules en suspension et de plancton dans l'eau. Par conséquent, la répartition les vibrations acoustiques (sonores) dans l'eau de mer sont un phénomène complexe qui dépend de la répartition de la densité (température, salinité, pression), de la profondeur de la mer, de la nature du sol, de l'état de la surface de la mer, de la turbidité de l'eau avec des impuretés organiques et d'origine inorganique et la présence de gaz dissous.

Le son au sens large est le mouvement oscillatoire des particules d'un milieu élastique, se propageant sous forme d'ondes dans un milieu gazeux, liquide ou solide ; au sens étroit - un phénomène perçu subjectivement par un organe sensoriel spécial de l'homme et des animaux. Une personne entend un son avec une fréquence de 16 Hz à 16-20 × 10 3 Hz . Le concept physique de son couvre à la fois les sons audibles et inaudibles. Son inférieur à 16 Hz appelé infrason , au dessus de 20 × 10 3 Hz - ultrason ; les vibrations acoustiques de fréquence la plus élevée dans la plage de 10 9 à 10 12 -10 13 Hz appartenir à hypersonore.

La propagation du son dans l'eau est une compression et une raréfaction périodiques de l'eau dans la direction de l'onde sonore. Le taux de transmission du mouvement vibratoire d'une particule d'eau à une autre s'appelle la vitesse du son. La formule théorique de la vitesse du son pour les liquides et les gaz est : с = , où α est le volume spécifique, γ= - le rapport de la capacité calorifique de l'eau à pression constante c p à la capacité calorifique de l'eau à volume constant c v , environ égal à un, k est le véritable coefficient de compressibilité de l'eau de mer.

Avec une augmentation de la température de l'eau, la vitesse du son augmente à la fois en raison d'une augmentation du volume spécifique et en raison d'une diminution du coefficient de compressibilité. Par conséquent, l'influence de la température sur la vitesse du son est la plus grande par rapport aux autres facteurs. Lorsque la salinité de l'eau change, le volume spécifique et le coefficient de compressibilité changent également. Mais les corrections de la vitesse du son résultant de ces changements ont des signes différents. Par conséquent, l'effet du changement de salinité sur la vitesse du son est inférieur à l'effet de la température. La pression hydrostatique n'affecte que le changement vertical de la vitesse du son ; avec la profondeur, la vitesse du son augmente.

La vitesse du son ne dépend pas de la force de la source sonore.

Selon la formule théorique, des tableaux ont été compilés qui permettent de déterminer la vitesse du son à partir de la température et de la salinité de l'eau et de la corriger en fonction de la pression. Cependant, la formule théorique donne des valeurs de la vitesse du son qui diffèrent de celles mesurées en moyenne de ±4 m·s -1 . Par conséquent, dans la pratique, des formules empiriques sont utilisées, dont les formules sont les plus largement utilisées Del Grosso et W. Wilson, fournissant les plus petites erreurs.

L'erreur sur la vitesse du son, calculée par la formule de Del-Grosso, ne dépasse pas 0,5 m·s -1 pour les eaux de salinité supérieure à 15‰ et 0,8 m·s -1 pour les eaux de salinité inférieure à 15 ‰.

La formule de Wilson, proposée par lui en 1960, donne une plus grande précision que la formule de Del Grosso. Il est construit sur le principe de la construction de la formule de Bjerknes pour le calcul du volume spécifique conditionnel in situ et a la forme :

c = 1449,14 + δс p + δc t + δc s + δс stp ,

où δc p est la correction pour la pression, δc t est la correction pour la température, δc s est la correction pour la salinité et δc stp est la correction combinée pour la pression, la température et la salinité.

L'erreur quadratique moyenne dans le calcul de la vitesse du son à l'aide de la formule de Wilson est de 0,3 m·s -1 .

En 1971, une autre formule a été proposée pour calculer la vitesse du son à partir des valeurs mesurées de T, S et P et des valeurs de correction légèrement différentes :

c = 1449,30 + δс p + δc t + δc s + δс stp ,

Lors de la mesure des profondeurs avec un échosondeur, la vitesse du son moyennée sur les couches est calculée, appelée vitesse verticale du son. Elle est déterminée par la formule avec stp
,

où c i est la vitesse moyenne du son dans une couche d'épaisseur h i .

La vitesse du son dans l'eau de mer à une température de 13 0 C, une pression de 1 atm et une salinité de 35‰ est de 1494 m s -1 ; comme déjà mentionné, il augmente avec l'augmentation de la température (3 m s -1 par 1 0 C), de la salinité (1,3 m s -1 par 1 ‰) et de la pression (0,016 m s -1 par 1 m de profondeur) . C'est environ 4,5 fois la vitesse du son dans l'atmosphère (334 m s -1). La vitesse moyenne du son dans l'océan mondial est d'environ 1500 m s -1 , et la plage de sa variabilité est de 1430 à 1540 m s -1 à la surface de l'océan et de 1570 à 1580 m s -1 - à des profondeurs de plus de 7 km.

Le son est l'une des composantes de notre vie, et une personne l'entend partout. Afin d'examiner ce phénomène plus en détail, nous devons d'abord comprendre le concept lui-même. Pour ce faire, vous devez vous tourner vers l'encyclopédie, où il est écrit que "le son est des ondes élastiques se propageant dans n'importe quel milieu élastique et y créant des vibrations mécaniques". En termes plus simples, ce sont des vibrations audibles dans n'importe quel support. Les principales caractéristiques du son dépendent de ce qu'il est. Tout d'abord, la vitesse de propagation, par exemple, dans l'eau est différente d'un autre milieu.

Tout son analogue possède certaines propriétés (caractéristiques physiques) et qualités (reflet de ces caractéristiques dans les sensations humaines). Par exemple, durée-durée, fréquence-hauteur, composition-timbre, etc.

La vitesse du son dans l'eau est beaucoup plus élevée que, disons, dans l'air. Par conséquent, il se propage plus rapidement et est beaucoup plus audible. Cela se produit en raison de la densité moléculaire élevée du milieu aqueux. Il est 800 fois plus dense que l'air et l'acier. Il s'ensuit que la propagation du son dépend largement du milieu. Examinons des chiffres spécifiques. Ainsi, la vitesse du son dans l'eau est de 1430 m/s, dans l'air de 331,5 m/s.

Les sons à basse fréquence, tels que le bruit du moteur d'un navire en marche, sont toujours entendus un peu avant que le navire n'entre dans le champ de vision. Sa vitesse dépend de plusieurs choses. Si la température de l'eau augmente, alors naturellement la vitesse du son dans l'eau augmente. La même chose se produit avec une augmentation de la salinité et de la pression de l'eau, qui augmente avec l'augmentation de la profondeur de l'espace aquatique. Un phénomène tel que les coins thermiques peut avoir un rôle particulier sur la vitesse. Ce sont des endroits où se rencontrent des couches d'eau de différentes températures.

Aussi dans de tels endroits, c'est différent (en raison de la différence des conditions de température). Et lorsque les ondes sonores traversent de telles couches de densité différente, elles perdent la majeure partie de leur force. Face à une thermocline, l'onde sonore est partiellement, et parfois totalement, réfléchie (le degré de réflexion dépend de l'angle sous lequel tombe le son), après quoi, de l'autre côté de ce lieu, une zone d'ombre se forme. Si nous considérons un exemple où une source sonore est située dans l'espace aquatique au-dessus de la thermocline, il sera presque impossible d'entendre quelque chose d'encore plus bas.

Qui sont publiés au-dessus de la surface, ne sont jamais entendus dans l'eau elle-même. Et vice versa se produit lorsqu'il est sous la couche d'eau : il ne sonne pas au-dessus. Les plongeurs modernes en sont un exemple frappant. Leur audition est considérablement réduite en raison du fait que l'eau affecte et que la vitesse élevée du son dans l'eau réduit la qualité de la détermination de la direction à partir de laquelle il se déplace. Cela émousse la capacité stéréophonique à percevoir le son.

Sous une couche d'eau, ils pénètrent dans l'oreille humaine surtout par les os du crâne de la tête, et non, comme dans l'atmosphère, par les tympans. Le résultat de ce processus est sa perception simultanée par les deux oreilles. Le cerveau humain n'est pas capable à ce moment de distinguer les endroits d'où proviennent les signaux, et avec quelle intensité. Le résultat est l'émergence de la conscience que le son, pour ainsi dire, roule de tous les côtés en même temps, bien que ce soit loin d'être le cas.

En plus de ce qui précède, les ondes sonores dans l'espace aquatique ont des qualités telles que l'absorption, la divergence et la diffusion. Le premier est lorsque la force du son dans l'eau salée disparaît progressivement en raison du frottement du milieu aquatique et des sels qu'il contient. La divergence se manifeste par la suppression du son de sa source. Il semble se dissoudre dans l'espace comme la lumière et, par conséquent, son intensité diminue considérablement. Et les fluctuations disparaissent complètement du fait de la dispersion sur toutes sortes d'obstacles, des inhomogénéités du milieu.

Vitesse de propagation du son

Si les vibrations mécaniques de ses particules (compression et raréfaction) sont excitées dans l'eau de mer, alors, en raison de l'interaction entre elles, ces vibrations commenceront à se propager dans l'eau de particule à particule avec une certaine vitesse à partir de. Le processus de propagation des vibrations dans l'espace est appelé vague. Les particules du liquide dans lequel se propage l'onde ne sont pas emportées par l'onde, elles oscillent seulement autour de leurs positions d'équilibre. Selon la direction des oscillations des particules par rapport à la direction de propagation des ondes, il existe longitudinal Et ondes transversales. Dans l'eau, seules les ondes longitudinales peuvent apparaître, c'est-à-dire les ondes dans lesquelles les particules oscillent le long de la direction de propagation des ondes. Les ondes longitudinales sont associées à la déformation volumétrique d'un milieu élastique. La formation d'ondes transversales (les particules oscillent dans la direction transversale à la propagation) ne se produit pas dans l'eau car elles ne se produisent que dans un milieu capable de résister à la déformation par cisaillement. L'eau n'a pas cette propriété.

les ondes sonores sont appelées perturbations faibles se propageant dans l'eau - oscillations de petites amplitudes.

Le processus de propagation des ondes sonores (vitesse du son), en raison de la fréquence élevée des oscillations, il est adiabatique, c'est-à-dire qu'il ne s'accompagne pas d'échange de chaleur. À cet égard, l'eau de mer, du point de vue de l'acoustique, s'apparente à un gaz parfait. Contrairement à l'air, l'eau de mer absorbe faiblement l'énergie des vibrations sonores. De plus, la vitesse du son dans l'eau est pratiquement indépendante de la fréquence d'oscillation, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de dispersion des ondes.

Comme le sait la physique, la vitesse de propagation du son dans un milieu élastique continu est déterminée par la formule :

où K \u003d - \u003d p 0 - (f / f) | - module vrac adiabatique

élasticité, po est la masse volumique du milieu non perturbé, kn est le coefficient de compressibilité adiabatique. Étant donné que le module d'élasticité de masse K et la densité de l'eau de mer non perturbée po dépendent de sa salinité, de sa température et de sa pression hydrostatique, la vitesse du son est également déterminée par ces paramètres d'état (Fig. 5.4).

Riz. 5.4. Dépendance de la vitesse du son de l'eau de mer (m s 1) sur la salinité et la température à pression atmosphérique (a), pression et température à S=35 eps (b). US-80 a été utilisé dans les calculs

Pression, dbar

Transformons la formule (5.10) de manière à ce qu'elle comprenne des quantités commodes pour les calculs. Pour ce faire, on réécrit la dérivée dans (5.10) comme suit :

En comparant cette expression avec (5.7), on obtient :

où v - volume spécifique, k - coefficient de liquéfié isotherme p

possible, y=- - le rapport des capacités calorifiques spécifiques à

pression et volume constants, respectivement.

L'équation (5.11), si l'on utilise l'équation d'état US-80, peut être modifiée :

où Г est le gradient de température adiabatique.

La formule (5.12) est utilisée pour calculer la vitesse du son et est appelée théorique. Il a été utilisé pour compiler les célèbres tables de vitesse du son Matthews, ainsi que O.I. Mamaev et quelques autres.

Outre la formule théorique (5.12), il existe des formules empiriques pour déterminer la vitesse du son basées sur des méthodes de laboratoire modernes pour la mesurer. Les plus fiables d'entre elles peuvent être considérées comme les formules de V. Wilson, V. Del Grosso et K. Chen-F. Millero.

Le plus proche en termes de valeurs calculées de la vitesse du son des valeurs théoriques utilisant l'US-80 est ce dernier. On dirait:

40 eps (PShS-78), températures - de 0 à 40 ° C (MShPT-68) et pression - de 0 à 1000 bar. Pression R entre (5.14) en mesures.

Le changement de la température de l'eau de mer contribue le plus au changement de la vitesse de propagation du son. Lorsqu'il augmente, le module d'élasticité K augmente et la densité p0 diminue, ce qui, d'après (5.10), conduit à une augmentation de la vitesse du son. Dans ce cas, le changement de vitesse avec un changement de température de 1°C diminue aux hautes températures par rapport aux basses.

La salinité a moins d'effet sur la vitesse du son. On note que les sels contenus dans l'eau de mer ont un effet différent sur le module d'élasticité de masse, c'est-à-dire sur K, et, par conséquent, sur la vitesse du son. À mesure que la salinité augmente, tout comme la température, la vitesse du son augmente. La vitesse du son augmente également avec l'augmentation de la pression.

Riz. 5.5.

Pour les océans, où une diminution de la température de l'eau est notée avec la profondeur, une diminution de la vitesse du son est caractéristique. Cependant, à partir d'une certaine profondeur, l'augmentation de la pression hydrostatique l'emporte sur le rôle de la température de l'eau et la vitesse du son commence à augmenter. Ainsi, une couche avec des vitesses sonores minimales se forme sur un certain horizon - canal sonore sous-marin(Fig. 5.5). Dans celui-ci, en raison de la réfraction, les rayons sonores envoyés horizontalement sont concentrés dans la couche de vitesse minimale et se propagent sur de très longues distances (jusqu'à 15 000-18 000 km).

La valeur moyenne de la vitesse du son dans les océans est d'environ 1500 ms. La distribution de la vitesse du son dans l'océan est décrite plus en détail dans l'ouvrage.

Tâches et questions à réviser

• 5.1. Qu'est-ce que le module d'élasticité de masse ?
• 5.2. Pourquoi la compressibilité adiabatique est-elle inférieure à l'isotherme ?
• 5.3. Comment le coefficient de compressibilité isotherme dépend-il de la salinité, de la température et de la pression de l'eau de mer ?
• 5.4. Trouvez comment l'énergie interne change pendant la compression adiabatique ?

Répondre:

Nous appliquons la méthode des Jacobiens - formules 2.59, 2.60, 2.61, 2.63, 2.67, 2.69, 2.70, 2.71 et 2.72. Nous avons:

Tous les paramètres sont positifs, donc -\u003e 0, c'est-à-dire quand

docteur 1 h

la compression adiabatique augmente l'énergie interne. Cela s'explique par le fait qu'à entropie constante (il n'y a pas d'échange de chaleur avec l'environnement), avec une augmentation de la pression externe, la distance moyenne entre les molécules diminue, leur énergie cinétique moyenne augmente et, par conséquent, la température augmente.

• 5.5. Quelles ondes sont appelées ondes sonores ?
• 5.6. Qu'est-ce qui affecte la vitesse du son dans l'eau de mer ?
• 5.7. Grâce à quoi un canal sonore sous-marin se forme dans l'océan.