海に耳を傾ける図面、説明

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海の音を聞く子ども科学実験室

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あなたはおそらく注目しているでしょう：海や海洋に関しては、宇宙と同じくらい頻繁に「ミステリー」という言葉が使われています。これは偶然ではありません。海洋探査は非常に困難です。そして、この要素に関する知識は絶えず蓄積されていますが、今日でも理解できないことがたくさんあります。

何が難しいのでしょうか？実際、調査船の船板から機器を任意の深さまで降下させることができ、海水の組成、塩分、海流の速度、温度を測定することができます。深海テレビカメラは、海の住民の生活を監視するのに役立ちます。深いところまで降りることができるバチスカーフもあります。

これはすべてそうです。しかし、海は変わりやすいものです。そして、毎日、毎年、同じ方向に同じ深さを辿る、いわゆる定常流が本当に比較的簡単に研究できるとしたら、数時間以内に発生しては消える水の乱れはどうなるでしょうか? 科学者によれば、世界中の天気を変える低気圧や高気圧を発生させるリング状の水中渦を調査するにはどうすればよいでしょうか? 結局のところ、深度計で探ってそれらを「感じる」時間はまったくありません。漁船に明確な指示を与えるために魚群の動きを追跡することさえ容易ではなく、費用もかかります。これを行うには、航空艦隊のほぼ全体を維持する必要がありますが、側枠は上空から比較的浅い深さでしか検出できないため、その有効性はそれほど大きくありません。したがって、科学者たちは長い間、調査船が測定器を下ろした地点で得られる断片的なデータだけではなく、海で起こっている現象の詳細かつ全体像を取得できる方法を探してきました。。

もちろん、X 線装置が家のコンクリートパネルを照らして写真フィルム上にすべての欠陥を映し出すのと同じように、ある種の放射線で水柱を照らすことは最も魅力的でしょう。しかし、水中では X 線は数十メートル進む前に消えてしまいます。電波も同様に急速に減衰します。したがって、水中のレーダーは見えなくなります。光線もすぐに消えてしまいます。音が残る…

専門家は、音が水中でかなりの距離を伝わることを以前から知っていました。しかし、水中探知機での使用に適しているでしょうか?

海を聞く
これが水中の「スピーカー」のしくみです

この疑問に答えるために、ソ連科学アカデミー一般物理学研究所の科学者たちは次の実験を設定した。音響エミッターは研究船の水中部分に固定された。XNUMXつの膜カバーと内部に電磁石を備えた巨大な金属シリンダーだった。。可聴周波電圧発生器が電磁石の巻線に接続され、船は海に出ました。

海を聞く
ここに海の謎のもう XNUMX つがあります。船が海岸から遠ざかるほど、ソナーが受信する音の振幅は大きくなります。

時は過ぎた。船はどんどん遠くへ進み、岸近くに設置された水中聴音器はその信号を確実に受信しました。 400キロメートルの距離があっても、船と海岸をつなぐ音の糸はほとんど弱まることはなく、水中聴音器は依然としてエミッターの音をはっきりと受信しました。

海岸近くでは、水中聴音器から数千キロ離れた海で発生するプロセスの音のエコーを受信できることが判明しました。彼らはこれを試みようとしたが、別の実験では数日間続けてテープレコーダーで録音されたハイドロホン信号を聞いた後、科学者たちは解読できない何かを発見した。それは、インフラからのあらゆる可能な音の混沌とした混合である。 -低域から超高域まで、磁気テープに現れました。このような混乱した音を理解するのに役立つコンピューターはありません。

海の声に耳を傾けることは無駄であることが明らかになりました。探求する必要があるのは、ロケーターが行うのと同じように、自分の音で探るだけです。しかし、ロケーターが動作する直接原理は物理学者には適していませんでした。おそらく、ロケーターが空に無線信号を送信し、その反射を拾うことはご存知でしょう。水中の魚の群れも、そこに落ちた音信号を反射することができると考えられます。その密度は水の密度とは異なります。しかし、環状の渦や流れは音を反射しないか、反射が非常に弱い可能性が高くなります。結局のところ、水は水であり、静止していても動いていても音に違いはありません。そこで、放音器と水中聴音器を数十キロメートル離れたところに離すことにした。計算によると、水面またはその間に現れた同じ魚の群れの摂動が、少なくとも少しは音の水中伝播を妨げ、その振幅または位相を歪ませるというものでした。そして、無関係な信号がハイドロフォンアンプに入るのを防ぐために、サウンドエミッターの周波数に非常に正確に調整されたフィルターを組み込むことにしました。

次に、海の音を鳴らすための完全な計画について考える必要がありました。そしてここで物理学者はまずドップラー効果を思い出しました。

おそらくこの効果を何度も経験したことがあるでしょう。覚えておいてください。電車が駅に近づくときは、通過するときよりもビープ音が大きくなります。これは、最初は音と電車の速度が加算され、音はより速く飛び、静止した観測者にとっての周波数が高くなるためです。その場合、列車の速度はすでに音速から差し引かれています。その頻度は減少しています。

私たちの耳のような広帯域オーディオ受信機の場合、それは問題ではありません。しかし、ハイドロフォンが送信機の周波数に合わせて調整されているように、ホーンの周波数にのみ調整されている場合は、より高い周波数もより低い周波数も聞こえません。したがって、彼らは音響発信器を、動きによって周波数が変化する可能性のある船ではなく、動かない海底に設置することに決めました。

海を聞く
この図は、ハイドロフォンを備えたケーブルが半径に正確に沿って敷設されていないという事実により、信号の位相がどのように異なるかを明確に示しています。

科学者たちが推論したように、正確な分析を行うには水中聴音器 XNUMX 台では十分ではありませんでした。できるだけ多くのスペースをカバーするには、サウンド受信機が少なくとも数十個必要です。そうすれば、魚群や環状渦を登録できるだけでなく、その動きを監視することも可能になります。つまり、海の混乱についての一定の空間像を作成し、これらの混乱の原因を突き止めることが可能になります。

実験用の機器がどのように準備されたのか、つまり、弱い信号を聞くことができ、強すぎる信号から「耳をつんざく」ことのない特別なプリアンプがハイドロフォンに組み込まれていたこと、信号を保護する方法をどのように模索したかについては、長い間知ることができます。水圧や腐食から、科学の観点から最も興味深いものをどのように選んだのか、海の一部...準備には多くの困難がありました。彼らは実験中科学者を待ちました。

共通ケーブル上のサウンドエミッターと XNUMX 台の水中聴音器を海底に沈め、すべての装置の電源を入れた後、予想される信号ではなく、研究者らはオシロスコープの画面上に異なる位相を持つ XNUMX 個の信号を確認しました。すべての水中聴音器はそうではありませんでした。一緒に働きますが、順序が狂います。

理由は簡単だったことが判明しました。すべての水中聴音器が一斉に機能するためには、各水中聴音器から放音器までの距離が同じでなければなりません。そうすれば、すべての信号が XNUMX つのフェーズで受信されます。しかし結局のところ、ケーブルをミクロン単位の精度で深さ XNUMX メートルまで完全に均一に敷設することはできません。どのように最下位に落ちるかは偶然の問題です。

それでも、水中聴音器は XNUMX つのチームでなんとか動作させることができました。物理学者は、特別な電子位相シフト装置を開発することにより、非常に高い精度で位相を調整しました。そして今、固定トラック（専門家は水中音探知装置と呼んでいました）がすでに情報を提供しています。現在、理論家たちはそれを分析し、この信号またはその信号の歪みが何を意味するのか、それが海のどの現象に対応しているのかを正確に判断できるパターンを探しています。

将来的には、科学者たちはそのようなルートをすべての海と海洋に設置することを考えています。そしてどうやら、彼らの秘密がはるかに少なくなる時代は遠くないようです。

著者: A.フィン

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