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:

▪ Второе открытие кавитации

▪ Измерение влажности

▪ Домашняя метеостанция

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Новый материал меняет форму 27.09.2016 Сотрудники Университета Северной Каролины смогли разработать инновационный материал, который может самостоятельно изменять форму. На этапе создания в материал закладывается программа, с помощью которой он может изменяться со времени. Инновационность этого материала заключается в том, что в процессе изменения он не нуждается в сторонних факторах. Его создание стало возможным благодаря соединению двух полимеров, имеющих разные свойства. Один из них позволяет задавать форму, благодаря своей особенности сохранения энергии, а второй может задавать скорость ее высвобождения. Первым образцом стал искусственный цветок, который постепенно сам раскрывается. Ученые рассчитывают, что их разработка поможет сделать прорыв в имплантологии. Свойства материала к изменению формы позволят использовать его при создании детских имплантов, которые будут расти вместе со своими носителями.

Другие интересные новости:

▪ Технология испарения пластика

▪ NFC-модуль для работы с динамической меткой ST25DV04

▪ Ввстраиваемый UFS 2.1 накопитель на 96-слойной флэш-памяти 3D NAND

▪ Краска чернее черного

▪ Apple - самая дорогая компания в истории

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Автомобиль. Подборка статей

▪ статья Дорога жизни. Крылатое выражение

▪ статья Сколько людей могут чувствовать боль в своем теле только при взгляде на чужую боль? Подробный ответ

▪ статья Протирка стекол, стен и пылесосные работы. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Реле-регулятор с термокомпенсацией. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Регулируемые стабилизаторы напряжения на микросхеме КР142ЕН19, 2,5-30 вольт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026