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:

▪ Машина катастроф

▪ Статический заряд на движущемся объекте

▪ Сделай батарейку

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Климат влияет на длительность беременности 07.11.2025

Беременность традиционно воспринимается как естественный биологический процесс с предсказуемыми сроками, однако современные исследования все чаще доказывают, что на ее продолжительность влияют факторы, выходящие далеко за пределы медицины. Среди них особое место занимают климат и окружающая среда - именно эту взаимосвязь впервые подробно изучили ученые из Университета Кертина в Австралии. Их работа раскрывает, что экстремальные погодные условия способны не только вызывать преждевременные роды, но и, напротив, удлинять срок беременности. Команда исследователей проанализировала данные почти 400 тысяч новорожденных, появившихся на свет в Западной Австралии. Результаты оказались неожиданными: климатические колебания заметно влияли на организм будущих матерей, особенно у тех, кто рожал после 41-й недели беременности. По словам доктора Сильвестра Додзи Ньядана из Школы народного здоровья Университета Кертина, проблема перенашивания долгое время оставалась в тени, хотя ее последствия могут ...>>

Роботизированное кресло Toyota Walk Me 07.11.2025

Современные технологии все чаще пересекаются с медициной, эргономикой и социальной сферой. Компании стремятся не просто создавать машины, а делать устройства, которые расширяют возможности человека. Именно к этому направлению принадлежит новейшая разработка корпорации Toyota - роботизированное кресло Walk Me, впервые показанное на выставке Japan Mobility Show 2025. Оно демонстрирует, как инженерная мысль и забота о людях с ограниченной подвижностью могут соединяться в одном компактном устройстве. Внешне Walk Me напоминает нечто среднее между креслом и небольшим роботом. В отличие от привычных инвалидных колясок или тележек, новинка лишена колес - вместо них движение обеспечивают четыре механические ноги. Такая система позволяет креслу буквально "идти" по поверхности, адаптируясь к рельефу и уверенно преодолевая гравий, бордюры или даже лестницы. Создатели вдохновлялись природой - в частности, движениями коз и крабов, известных своей устойчивостью и ловкостью на пересеченной местн ...>>

Отцу полезно брать отпуск по уходу за ребенком 06.11.2025

Роль отцов в воспитании детей перестала восприниматься как второстепенная. Современные исследования все чаще доказывают, что участие папы в уходе за младенцем оказывает не только эмоциональное, но и долговременное развитие на психику и успехи ребенка. Новая работа ученых из Национального университета Сингапура добавила весомые аргументы в пользу того, что отцам стоит брать отпуск по уходу за ребенком - хотя бы на две недели. Исследование показало, что дети, чьи отцы проводили с ними больше времени в первые недели жизни, реже сталкиваются с трудностями в поведении и обучении. Такие дети проявляют лучшие результаты в тестах на математические и речевые способности и демонстрируют более устойчивое эмоциональное состояние. Ученые отмечают, что именно продолжительный отпуск дает мужчинам возможность установить прочную эмоциональную связь с ребенком и активнее участвовать в жизни семьи. Профессор Вэй-Джун Джин Ян, соавтор исследования, подчеркивает, что в большинстве азиатских стран дек ...>>

Случайная новость из Архива Мост напечатан на 3D-принтере 24.10.2017 В городе Гемерт, находящегося на юго-востоке Голландии, открыт первый в мире бетонный мост, построенный при помощи технологий трехмерной печати. Конструкции этого моста, на строительство которого ушло три месяца, состоят из 800 слоев бетона. При этом, в строительстве использовался не обычный бетон, а особый высокопрочный бетон, предназначенный специально для строительного трехмерного принтера. "Новый мост весьма невелик. Но он был построен при помощи трехмерного принтера, что делает его уникальным и единственным таким в мире на сегодняшний день" - рассказывает Тео Сэлет (Theo Salet), представитель Технологического университета Эйндховена (Eindhoven University of Technology), - "Одним из преимуществ технологии строительной трехмерной печати является то, что трехмерный принтер укладывает бетон только в необходимых для этого местах. В результате расходуется меньшее количество строительных материалов, чем при традиционном методе, когда обычный бетон заливается в предварительно подготовленные деревянные формы (опалубку)". Перед сдачей сооружения в эксплуатацию, мост с 8-метровыми пролетами был проверен на безопасность специалистами строительной компании BAM Infra. Несмотря на то, что мост предназначен исключительно для движения по нему велосипедистов, его конструкция способна выдержать вес грузовика, нагруженного двумя тоннами груза. "Сейчас мы смотрим на будущее строительных технологий" - рассказывает Маринус Шиммель (Marinus Schimmel), руководитель компании BAM Infra, - "Мы уже давно ищем новые методы и подходы, которые позволят возводить объекты городской инфраструктуры с меньшими затратами и с большей скоростью. И в данном случае мы получили убедительные доказательства того, что для трехмерной печати требуется меньшее количество строительных материалов, человеческих ресурсов, а при ее использовании практически не получается никаких отходов".

Другие интересные новости:

▪ Биологические часы регулируют работу иммунитета

▪ Одновагонный дизель-поезд Kawasaki Heavy Industries

▪ Во сне мозг видит что-то новое

▪ Женщины начинают стареть раньше мужчин

▪ Коврик для эффективной сердечно-легочной реанимации

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Дозиметры. Подборка статей

▪ статья Пассивное курение. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Что такое иммунитет? Подробный ответ

▪ статья Клейтония пронзеннолистная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья О помехоустойчивости автомобильных радиозамков. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Экономичный преобразователь напряжения для питания варикапов, 6-9/20 вольт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025