سونار

[mmb1343]

​

​

(6)
این انرژی در دستگاه mks به ژول اندازه گیری می شود را می توان با قرار دادن مقدار x به صورت زیر نوشت.

X[SUP]2 [/SUP][SUP] [/SUP][SUP] [/SUP][SUP] [/SUP][SUP] [/SUP][SUP][/SUP]​

​

(7)
انرژی جنبشی دستگاه [SUP] [/SUP]ا ست کهبا استفاده از معادله سرعت به صورت زیر در می آید

V[SUP]2 [/SUP][SUP] [/SUP][SUP] [/SUP][SUP] [/SUP](8) ​

پس انرژی کل دستگاه مجموع انرژی پتانسل و جنبشی است که همواره ثابت است
(9)[SUP] [/SUP][SUP] [/SUP][SUP] + [/SUP][SUP] [/SUP]=E=[SUP] [/SUP][SUP] [/SUP]
در صورتی که نیروی بین مولکول با مولکول مجاور مشابه فنر باشد انرژی کل مولکول در بستر زمان ثابت است ولی به دلایل که در انتشار موج توضیح می دهیم این نیرو کاملا مشابه فنر نبوده و ممکن است در بستر زمان میرا شود. و همچنین به علت انتقال انرژی از مولکول به ارتعاش در آمده به مولکول های مجاور این انرژی کمتر می شود مگر منبع انرژی خارجی مولکول را به ارتعاش وادار کند.
نوسان های میرا : هنگام نوسان جسم نیرو هایی به نام نیروی اصطکاکی یا تلف کننده ظاهر می شود که بنا بر چگونگی دستگاه نوسانی انواع مختلف دارند که اثر آن ها همیشه میرا کردن نوسان است یعنی کاهش مداوم دامنه نسبت به زمان در آن ایجاد می شود. نخست نوعی از نیروی اصطکاکی را که اثر چسبندگی محیط نوسان ایجاد می شود در نظر می گیریم و انواع دیگر آن از طریق مشابهت بررسی می کنیم.

نیروی اصطکاک در مسائل ارتعاشی نقش عمده دارد در بخش موج های صوتی نیروی چسبندگی محیط به صورت نیروی مقاوم حرکت ایجاد می شود مقدار آن به سرعت بستگی دارد​

2-مشخصات صوت

صوت زيرآبي به عنوان يك شاخه ويژه از علوم و تكنولوژي در دو جنگ جهاني اول و دوم مورد استفاده بوده است. با بررسي تاريخي متوجه اين مطلب مي‌شويم كه اين علم از ديرباز مورد توجه بشر بوده است و حتي توجه بزرگاني چون داوينچي را نيز به خود معطوف كرده است و اين بر اهميت اين علم صحه مي گذارد، گر چه اين علم هنگامي اهميت اصلي و ضروري خويش را به نمايش مي‌گذارد كه مي‌بينيم كه در طي سال‌هاي جنگ جهاني دوم تعداد بسياري زيادي از شناورهاي سنگين توسط زيردريايي‌هاي آلمان غرق مي‌شود.​

اين جزوه كه شايد بتوان گفت بسيار دير مورد نگارش قرار گرفته سعي دارد كه تنها اندكي از مباني فيزيكي اين علم را مورد بررسي قرار دهد و شروعي باشد بر نگارش و تدوين و ترجمه كتب و مقالات در اين زمينه. اميد است دانشجويان عزيز اين جزوه را به عنوان يك شروع در جهت مطالعات و تحقيقاتي بعدي خود بدانند و توجه بيشتري به اين علم نشان دهند. نياز امروز اين علم به حدي است كه عليرغم پيشرفت‌هاي گسترده‌اي كه صورت گرفته است هنوز هم كشورهاي بزرگ در اين زمينه تحقيقات خويش را روز به روز گسترش مي‌دهند.در این فصل اول این جزوه ماهیت امواج صوتی، امواج طولی،امواج عرضی،سرعت امواج صوتی درهوا،آب،گازها،و پارامترهای موثر بر آن مثل شوری ،دما،عمق وفشار، مفهوم فرکانس، پارامترهای مربوط به شنوایی مثل بلندی، طنین، آستانه در،واحد شدت،وساختار گوش وعلم شنوایی سنجی و در نهایت به نحو انتشار صوت در هوا و عایق های صوتی و تئوری حاکم بر آن جهت ساخت ناوها و زیر دریایی های کم صدا ،نحو انتشار صوت در آب دریا عمیق و کم عمق و چگونگی تشکیل کانال های صوتی پرداخته شده است ​

امواج صوتي از ميان تمام امواج شناخته شده براي بشر به بهترين نحو در دريا منتشر مي‌شود. در آب كدر (آب باتلاقي و گلي) و شور دريا هم نور و هم امواج راديويي درجه تضعيف‌شان نسبت به امواج صوتي بسيار بيشتر است. بدليل راحتي انتشار صوت در زير آب، انسان از آن براي اهداف گوناگون و اكتشاف‌ها در دريا استفاده نموده است. براي نيل به هدف‌هاي فوق و كاربرد صوت زيرآبي نياز به پايه‌ريزي يك دانش مهندسي جديد به نام سونار بود و سيستم‌هاي بكار برده شده در صوت زيرآبي از بعضي لحاظ سيستم‌هاي سونار ناميده مي‌شوند​

امواج صوت از يك سري حركات منظم ملكولهاي يك ماده الاستيكي (ارتجاعي) تشكيل شده است. خاصيت الاستيكي ماده سبب مي‌شود كه حركات و ارتعاشات توليد شده توسط منبع صوتي به ذرات جانبي منتقل شود و بر همين اساس موج صوتي از منبع صوتي با همان سرعت صوت منتشر مي‌شود.​

در يك مايع حركت ذرات به جلو و عقب و به صورت موازي با جهت انتشار يك موج انجام مي‌گيرد. چون مايع قابليت تراكم‌پذيري كمي دارد اين حركت به جلو و عقب موجب تغيير فشار در راستاي انتشار موج مي‌شود و در واقع آنچه كه توسط گيرنده امواج صوتي قابل كشف است همين تغييرات فشار است. در اينجا بهتر است به تقسيم‌‌بندي امواج از لحاظ چگونگي توليد و انتشار بپردازيم. اين تقسيم‌بندي به سه دسته مي‌انجامد كه عبارتند از:​

1ـ امواج طولي​

امواجي هستند كه جهت انتشار موج هم جهت با ارتعاش ذرات محيط است و ذرات در جهت حركت امواج به جلو و عقب حركت نموده و در نتيجه تراكم و انبساط امواج پديد مي‌آيد. امواج ​

صوتي از نوع امواج طولي مي‌باشند.​

2ـ امواج عرضي: ​

امواجي هستند كه راستاي انتشار موج عمود بر حسب ارتعاش ذرات محيط است. مانند امواج الكترومغناطيسي​

3- امواج ترکیبی یا به عبارتی پیچشی که از ترکیب موج عرضی و طولی بدست می آید تا حدودی انتشار موج در آب​

همچنين امواج از لحاظ محيط انتشار به دو دسته تقسيم مي‌شود.​

برخي از امواج براي انتشار خود نيازي به محيط مادي ندارند و در خلاء نيز مي‌توانند منتشر شوند مانند امواج الكترومغناطيسي ولي برخي از امواج براي انتشار نيازمند محيط مادي هستند. به اين نوع امواج، امواج مكانيكي گويند. اين امواج در خلاء منتشر نمي‌شوند.​

مانند امواج صوتي و موج در آب​

خاصيت ارتجاعي و درجه حرارت از عوامل تعيين كننده سرعت صوت در يك ماده مي‌شوند. فرمول زير براي تعيين سرعت صوت بكار مي‌رود:​

(10)​

خاصیث ارتجاعی محیط و𝞺 چگالیρ محیط استEکه​

صوت همچنين در مايعات بهتر از گازها و در جامدات بهتر از مايعات منتشر مي‌شود. خواهيم ديد كه تغييرات سرعت صوت در آب در اثر تغييرات درجه حرارت، فشار و چگالي آب بوجود مي‌آيد موج صوتي براي منتشرشدن به محيط مادي نياز دارد. سرعت صوت به ويژگي هاي فيزيکي محيطي که صوت در آن منتشر مي شود بستگي دارد. هر چه ماده متراکم تر باشد، سرعت انتشار صوت در آن بيشتر است، زيرا در ماده ي متراکم مولکول ها به يکديگر نزديکترند و تپ ايجاد شده سريعتر منتقل مي شود. پس سرعت انتشار صوت در جامدها بيشتر از مايع هاَ، و در مايع ها بيشتراز گازها مي باشد.​

سرعت انتشار صوت در گازها از رابطه ي زير بدست مي آيد: