Бесплатная техническая библиотека

Слушая океан. Детская научная лаборатория

Справочник / Детская научная лаборатория

 Комментарии к статье

Вы обращали, наверное, внимание: по отношению к морям, океанам слово "тайна" употребляется столь же часто, как и по отношению к космосу. Это не случайно. Исследования океана очень и очень трудны. И хотя знания об этой стихии все время копятся, непонятного и сегодня очень много.

В чем же трудности? Ведь с борта исследовательского судна можно опустить на любую глубину приборы и определить состав морской воды, соленость, скорость и температуру течений. Следить за жизнью обитателей моря помогают глубоководные телекамеры. Есть и батискафы, в которых можно опускаться на огромные глубины.

Все это так. Но море изменчиво. И если так называемые стационарные течения, день изо дня, год от года следующие в одном направлении и на одной глубине, действительно изучить относительно просто, то как быть с возмущениями воды, возникающими и исчезающими в течение нескольких часов? Как исследовать кольцевые подводные вихри, порождающие, по мнению ученых, циклоны или антициклоны, изменяющие погоду на всем земном шаре? Ведь времени на то, чтобы "нащупать" их, зондируя приборами глубины, просто нет. Даже следить за движением косяков рыбы, чтобы давать четкие команды рыболовецким судам, непросто и дорого. Для этого приходится содержать чуть не целый воздушный флот, причем эффективность его не столь уж велика, так как обнаружить с воздуха косяк можно лишь на относительно небольшой глубине. Поэтому уже давно ученые ищут метод, который позволил бы получить подробную и цельную картину явлений, происходящих в море, а не только отрывочные данные, полученные в точках, куда исследовательские суда опустили свои измерительные приборы.

Конечно, заманчивее всего было бы просветить толщу воды каким-либо излучением, наподобие того, как рентгеновский аппарат просвечивает бетонные панели домов, показывая на фотопленке все их дефекты. Но в воде рентгеновские лучи затухают, не пробежав и десятка метров. Столь же быстро затухают и радиоволны. Так что и радиолокатор под водой оказался бы слеп. Быстро рассеиваются и световые лучи. Остается звук...

Специалисты давно знают, что звук распространяется в воде на значительные расстояния. Но пригоден ли он для использования в подводном локаторе?

Так устроен подводный "динамик"

Чтобы ответить на этот вопрос, ученые из Института общей физики АН СССР поставили такой эксперимент: на подводной части исследовательского судна закрепили излучатель звука - массивный металлический цилиндр с двумя крышками-мембранами и электромагнитом внутри. К обмоткам электромагнита подключили генератор напряжения звуковой частоты, и судно вышло в открытое море.

Вот еще одна из загадок океана: чем дальше уходит судно от берега, тем больше амплитуда звука, который принимает гидролокатор

Шло время. Судно уходило все дальше, а установленный возле берега гидрофон уверенно принимал его сигнал. Даже 400 километров расстояния почти не ослабили звуковую нить, связывающую судно с берегом,- гидрофон по-прежнему отчетливо принимал звук излучателя.

Получилось, что возле берега можно принимать звуковое эхо процессов, происходящих в море и за тысячи километров от гидрофона. Это и попробовали сделать, но, прослушав сигналы гидрофона, которые в другом эксперименте на протяжении нескольких суток подряд записывал магнитофон, ученые обнаружили нечто не поддающееся расшифровке: на магнитной ленте оказалась хаотичная смесь всех возможных звуков, от инфранизких до ультравысоких. Разобраться в подобной звуковой каше не помогла бы никакая ЭВМ.

Стало ясно, что прослушивать море бесперспективно. Нужно его зондировать, именно прощупывать собственным звуком, наподобие того, как это делает локатор. Впрочем, впрямую принцип, на котором работает локатор, физикам не подходил. Вы знаете, наверное, что локатор посылает в небо радиосигналы и улавливает их отражение. Можно было предположить, что косяк рыбы в воде тоже способен отразить попавший на него звуковой сигнал - плотность его отличается от плотности воды. Но кольцевой вихрь или течение скорее всего не отразят звук или отразят очень слабо. Вода ведь и есть вода, и звуку безразлично, спокойна она или движется. Поэтому излучатель звука и гидрофон решили разнести на расстояние в десятки километров. Расчет был на то, что возмущения воды или тот же косяк рыбы, оказавшийся между ними, хоть немного, но помешают звуку распространяться в воде, исказят его амплитуду или фазу. А чтобы в усилитель гидрофона не попадали посторонние сигналы, в него решили встроить фильтр, очень точно настроенный на частоту излучателя звука.

Далее следовало подумать о полной схеме звукового зондирования моря. И здесь физики прежде всего вспомнили об эффекте Доплера.

Вы наверняка не раз сталкивались с этим эффектом. Вспомните: когда к станции приближается электричка, гудок ее выше, нежели когда она прошла мимо. Это происходит потому, что вначале скорости звука и электрички складываются, звук летит быстрее, и частота его для неподвижного наблюдателя становится выше. Затем скорость электрички уже вычитается из скорости звука. Частота его снижается.

Для широкополосного приемника звука, как наше ухо, это неважно. Но если он настроен только на частоту гудка, как гидрофон на частоту излучателя, то ни более высокая, ни более низкая частоты слышны не будут. Поэтому излучатель звука решили установить на дне моря неподвижно, а не на судне, которое своим движением могло бы изменить частоту.

На этом рисунке хорошо видно, как разнятся фазы сигналов из-за того, что кабель с гидрофонами уложен не точно по радиусу

Одного гидрофона для точного анализа было, как рассудили ученые, недостаточно. Чтобы перекрыть как можно большее пространство, приемников звука нужно хотя бы несколько десятков. Тогда удастся не только зарегистрировать косяк рыбы или кольцевой вихрь, но и следить за их перемещениями. То есть можно будет создать некую пространственную картину возмущений в море и выяснять, что эти возмущения вызвало.

Долго можно рассказывать, как готовили аппаратуру для эксперимента - встраивали в гидрофоны специальные предварительные усилители, способные и слышать слабые сигналы, и не "глохнуть" от слишком сильных, как искали варианты защиты их от давления воды и от коррозии, как выбирали наиболее интересный с точки зрения науки участок моря... Сложностей при подготовке было немало. Поджидали они ученых и во время эксперимента.

После того как излучатель звука и полсотни гидрофонов на общем кабеле погрузили на дно моря и включили все приборы, вместо ожидаемого сигнала исследователи увидели на экране осциллографа пятьдесят сигналов с различными фазами - все гидрофоны работали не вместе, а вразнобой.

Причина оказалась простой: для того чтобы все гидрофоны работали, как говорится, в унисон, расстояние от каждого из них до излучателя звука должно быть одинаково. Тогда все сигналы придут на них в одной фазе. Но ведь на стометровую глубину кабель не уложить идеально ровно, с точностью до микронов. Как он ляжет на дно - дело случайности.

И все же гидрофоны удалось заставить работать в одной упряжке. Физики выравняли фазы с очень высокой точностью, разработав специальные электронные фазосдвигающие устройства. И теперь стационарная трасса - так назвали специалисты свой подводный звуковой локатор - уже дает информацию. Сейчас теоретики анализируют ее, отыскивая закономерности, которые позволят точно определить, что означает то или иное искажение сигнала, какому явлению в море оно соответствует.

В перспективе такие трассы ученые думают установить на всех морях и океанах. И недалеко, видимо, время, когда тайн у них станет намного меньше.

Автор: А.Фин

 Рекомендуем интересные статьи раздела Детская научная лаборатория:

▪ Большая ложка природы

▪ Измеритель магнитного поля

▪ Как обойтись без фреона

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива 1600W источники питания MeanWell 30.08.2016 Компания Mean Well выпустила семейство 1600 Вт источников питания высотой 1U характеризующиеся высокой плотностью мощности и высокой эффективностью. Семейство состоит из двух серий: RSP-1600 - со стандартным подключением для широкого применения и RCP-1600 - для 19" Rack стойки высотой 1U. Источники питания имеют возможность параллельной работы для увеличения выходного тока (мощности). В серии RSP-1600 возможно соединение до 6 штук источников питания по схеме 5+1 и получение общей мощности до 8,64 кВт, а в серии RCP-1600 - до 5 штук в одном Rack модуле и получение общей мощности до 7,2 кВт. Источники питания имеют возможность удаленного включения-выключения, раздельного регулирования выходного тока в диапазоне 20...100% и выходного напряжения в диапазоне 40...125% посредством внешнего напряжения 1...5 В, а также функцию компенсации падения напряжения на проводах (до 0,5 В). В источниках питания имеется по два дополнительных выхода +5 B/0,3 A и +12 B/0,8 А и гальванически развязанная сигнализация DC Ok и ПЕРЕГРЕВ. В серии RCP-1600 на выходе имеются ORING МОП-транзисторы, позволяющие производить "горячую" замену и резервирование отдельных блоков питания в общей стойке. Управление в этой серии осуществляется по интерфейсу I2C (протокол PMBus). Для серии RCP-1600 имеются групповые шасси RHP-1UI-A/RHP-1UT-A на 5 шт источников питания для установки в Rack стойку. Шасси отличаются между собой способом подключения к сети 230 В. В изделиях реализованы все типы защит от КЗ, перегрузки, превышения выходного напряжения и перегрева и предоставляется 5 летняя гарантия от производителя. Источники питания предназначены для широкого применения в промышленном и телекоммуникационном оборудовании, для лазерных установок, лабораторного и измерительного оборудования, мощных систем электропитания с резервированием и в других системах, требующих управляемого выходного напряжения или тока.

Другие интересные новости:

▪ Мозговой чип для восстановления зрения

▪ Оптимальное время для отхода ко сну

▪ Операционные усилители STMicroelectronics TSX561, TSX562, TSX564

▪ Умное водительское сиденье реагирует на жесты водителя

▪ Базовая станция ZTE Pre5G Massive MIMO

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Дозиметры. Подборка статей

▪ статья Собакевич. Крылатое выражение

▪ статья Почему в пустыне нет воды? Подробный ответ

▪ статья Лососевый узел. Советы туристу

▪ статья Замазка для оконных рам. Простые рецепты и советы

▪ статья Простейший насос. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026