Переход на стартовую страницу книги Гликмана А.Г.
О нас Услуги Оборудование Книги по теме Примеры Связь Карта Форум Видео En
 приобрести книгу 

VII.5. Поперечные волны в жидкостях и газах

     Характеризуя, поперечные волны, Пуассон определил их как упругий процесс, направление распространения которого ортогонально с направлением смещения колеблющихся частиц. При этом, как ни странно, он не охарактеризовал поперечные волны как мнимую составляющую поля упругих колебаний. Но ведь это же было бы естественно, так как если процесс характеризуется ортогональностью между направлениями воздействия и реакции на это воздействие, то процесс этот следует описывать на мнимой оси. Однако для акустики такой подход был не принят.
     При рассмотрении эффекта АРП мнимость оказалась необходимой как средство описания поперечных волн. В самом деле, при нормальном прозвучивании слоя - резонатора возникает колебательный процесс, распространяющийся в ортогональном направлении относительно первичного потока. О том, что это именно мнимый процесс, свидетельствует также необъяснимо низкое затухание поперечных волн, распространяющихся вдоль слоев - резонаторов (см. рис. V.3, график б.).
     Здесь уместна аналогия с распространением электромагнитного поля. Электромагнитное поле характеризуется двумя взаимно ортогональными векторами - Е и Н, и в силу этого, является мнимым, что, в частности, определяет его совершенно незначительное затухание. Так, например, радиосигнал от одноваттного передатчика может быть принят практически на неограниченных расстояниях, что и используется радиолюбителями.
     К сожалению, при общении на конференциях и семинарах мои замечания о том, что поперечные упругие колебания представляют собой мнимую составляющую поля упругих колебаний, остаются не понятыми. И, как ни странно, в первую очередь, потому, что Пуассон об этом не говорил. И даже более того, по той же причине не воспринимается и эффект АРП. Как видно из рис. VI.2, сигнал, излучаемый торцами пластины-резонатора, идет через воду и воспринимается приемником 4. Так вот, как же, дескать, поперечные колебания через воду пройдут? И действительно, не могут же поперечные колебания идти вопреки мнению Пуассона...
     На самом деле, как показано на рис. VI.12, при наличии у слоя двух приграничных зон h, обладающих реактивной звукопроводностью, слой становится резонатором, каков бы ни был его материал. В том числе, даже если материал этот жидкий или газообразный.
     Мы можем превратить водяной слой в резонатор, если ограничим его двумя пластинами из материала ряда стекла. Скажем, так, как это показано на рис. VI.12. Однако водяные слои - резонаторы встречаются и в природе.
     В том случае, если в водной толще имеет место участок, в пределах которого скорость распространения звука в воде V изменяется с глубиной так, как это показано на рис. VII.7, то формируется некий слой толщины H, который проявляет резонансные свойства.
     Для того, чтобы слой воды проявил резонансные свойства, необходимо, чтобы на его краях были две симметричные зоны h, в пределах которых скорость распространения звука плавно изменяется так, как это показано на рис. VII.7.
     Эти резонансные свойства слоя заключаются в том, что шум, попадающий в этот слой - резонатор, спектрально преобразуется в звук, имеющий частоту, равную собственной частоте этого слоя f0, который распространяется вдоль слоя, не выходя за его пределы.
     Наличие такого слоя - резонатора известно. В Индийском и Тихом океанах на глубине 1000-1200 м существует канал сверхдальнего распространения звука. Формируется этот канал на глубине, где существует зависимость скорости звука от глубины, подобная приведенной на рис. VII.7. До создания надежных радионавигационных средств этот канал даже использовали для определения местонахождения терпящих бедствие судов. Сброшенная в критический момент с борта судна глубинная бомба взрывалась в пределах этого слоя, и находящиеся вблизи берегов океанов специальные береговые гидроакустические станции принимали доходящие до них сигналы. Имея неоправданно большую амплитуду, сигналы эти представляют собой слабо затухающую длительную синусоиду, которая распространяется вдоль слоя со скоростью, примерно вдвое меньшей, чем скорость распространения звука в воде. Распространяющийся вдоль этого слоя звук за пределы слоя не выходит. Все это является доказательством того, что канал сверхдальнего распространения звука является слоем - резонатором.
     Для людей, знакомых с основами гидроакустики здесь есть спорный момент. Дело в том, что действие канала сверхдальнего распространения принято объяснять рефракцией, то есть изгибанием звуковых лучей в зоне с плавным изменением скорости распространения звука. Однако при таком подходе, во-первых, оказывается необъяснимым звукоизолирующее свойство слоя. А во-вторых, не имеет объяснения происхождение гармонического характера распространяющегося вдоль этого слоя сигнала.
     Однако, как оказалось, подобные слои - резонаторы иногда формируются и вблизи поверхности моря ([19]). Распределение скорости звука по глубине, подобное показанному на рис. VII.7, возникает иногда, и при этом ненадолго, после шторма. При наличии такого слоя - резонатора вблизи от поверхности моря может оказаться так, что исчезнет акустический контакт между надводным и подводным кораблями.
     Если подводная лодка находится ниже этого слоя - резонатора, а надводный корабль - выше, между ними акустического контакта не будет. Шум винтов каждого из этих объектов распространяется во все стороны, а та часть, которая приходит к слою-резонатору, преобразуется в его собственное звучание и распространяется вдоль этого слоя, не выходя за его пределы. То же происходит и с зондирующим импульсом гидролокатора подводной лодки. Оказавшийся на его пути слой - резонатор искажает зондирующий импульс так, что отражение от надводного объекта на экране гидролокатора будет отсутствовать. Это может привести к тому, что гидроакустика подводной лодки при ее всплытии не даст информацию о наличии находящегося на ее курсе надводного объекта. И, следовательно, к их столкновению. Именно таким образом произошло столкновение подводной лодки "Курск" с авианосцем "Адмирал Кузнецов" 12.08.2000г, которое привело к гибели 118 моряков.
     В том же месяце американская лодка при всплытии по той же причине ударила японское судно.
     Явление формирования в толще воды слоя - резонатора легко моделируется в лабораторных условиях, и после некоторого первичного изучения я решил передать всю эту информацию ученым - гидроакустикам, считая, что она могла бы способствовать решению проблемы уменьшения аварийности подводных лодок. Однако, увы, мне не удалось найти ученых - гидроакустиков, которых интересовало бы что-нибудь кроме собственных диссертаций. А поскольку в их диссертациях этого материала нет, то и интереса быть не может.


Обсудить статью 



При использовании материалов сайта ссылка на www.newgeophys.spb.ru обязательна Публикации о нас

Начало | О нас | Услуги | Оборудование | Книга 1 Книга 2 Книга 3 |  Примеры | Связь | Карта сайта | Форум | Ссылки | О проекте | En

Поддержка и продвижение сайта "Геофизпрогноз"


Rambler's Top100 Rambler's Top100

Реклама на сайте: