Рефракция звука
Рефра́кция зву́ка — искривление звуковых лучей в неоднородной среде (атмосфера, океан, толща Земли), в которой скорость звука зависит от направления его распространения в среде[1].
Звуковые лучи поворачивают всегда к слою с меньшей скоростью звука, и рефракция выражается тем сильнее, чем больше градиент скорости звука, а ход таких лучей определяется из уравнений геометрической акустики[2].
Причины рефракции звука
- В атмосфере рефракция обусловливается пространственными изменениями температуры воздуха, скорости и направления ветра.
С высотой температура обычно понижается (до высот 15—20 км) и скорость звука уменьшается, поэтому лучи от источника звука, находящегося вблизи земной поверхности, загибаются кверху и звук, начиная с некоторого расстояния, перестаёт быть слышимым. Это явление называют возникновением «зоны молчания». Если же температура воздуха с высотой увеличивается (температурная инверсия, часто возникающая ночью вследствие неодинакового нагрева земной и водной поверхности), то лучи загибаются книзу и звук распространяется на большие расстояния. При распространении звука против ветра лучи загибаются кверху, а при распространении по ветру — к земной поверхности, что существенно улучшает слышимость звука. Рефракция звука в верхних слоях атмосферы может привести к образованию зон молчания и зон аномальной слышимости[3][4][5].
- В океане рефракция звука обуславливается неоднородностью свойств воды, главным образом по вертикали, вследствие изменения гидростатического давления с глубиной, изменения солёности и температуры, возникающего вследствие неодинакового прогрева массы воды солнечными лучами.
Рефракция в океане обусловливает образование зон тени, сверхдальнее распространение звука, фокусировку звука и ряд других особенностей распространения звука[6][7].
Для фокусировки звука в физике и технике часто используют акустические линзы.
Примечания
Литература
- Красильников В. А. Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твердых телах. — Москва : Физматгиз, 1960.
- Бреховских Л. М. Волны в слоистых средах. — Москва : Наука, 1960.
- Татарский В. И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. — Москва : Физматлит, 1967.
- Чернов Л. А. Волны в случайно-неоднородных средах. — Москва : Наука, 1975.
- Госсард Э., Хук У. Волны в атмосфере. — Москва : Мир, 1978.
- Обухов А. М. Турбулентность и динамика атмосферы. — Л. : Гидрометеоиздат, 1988.