Техника - молодёжи 1979-06, страница 16

---_____--

V_>

Типичный пример зависимости скорости распространения звука в океане от глубины. Zo — ось подводного волновода-

ленных от Лондона на 50 км, ничего подобного не наблюдали. Такой же эффект отмечался при больших взрывах в Германии в 1923—1926 годах и во Франции в мае 1924 года, когда уничтожались «лишние» боеприпасы, оставшиеся после мировой войны; при взрыве артиллерийских складов в Москве 9 мая 1920 года.

Случаи сверхдальнего распространения звука объясняются существованием в природе акустических волноводов, или звуковых каналов. Конечно, они отличаются от оптических хотя бы потому, что длина световых волн в сотни тысяч раз меньше длины звуковых. Но принцип действия их одинаков — невидимые стенки волноводов не дают звуку «разбегаться» и постоянно возвращают его к воображаемой оси — туда, где скорость звука минимальна.

Нельзя упускать из виду весьма существенное обстоятельство — скорость звука уменьшается с понижением температуры воздуха. Запуски метеорологических ракет в СССР и США позволили получить полную картину распределения температуры по высоте. Оказалось, что на высотах около 15 и 80 км, где температура близка к минимуму, проходят оси акустических волноводов — верхнего и нижнего.

Волновые явления в подводном звуковом канале.

Для нас, землян, особо важен последний. Звуковые волны от источников, расположенных на высоте до 50 км, «захватываются» им и концентрируются в пределах от 3 до 40 км. Но при определенных условиях, например, в холодную погоду» звук прорывается сквозь «нижнюю стенку» волновода. Возникает эффект «сверхслышимости».

Звуковые волноводы интенсивно изучались по программе 2-го Международного полярного года в 1932—1933 годах. На Новой Земле провели серию взрывов, а эхо от них зарегистрировали на Земле Франца-Иосифа. В 1957—1959 годах, во время Международного геофизического года, во Франции произвели более 630 взрывов, которые услышали на 8 станциях, размещенных в радиусе 200—250 км. А мегатонный ядерный взрыв был зарегистрирован на расстоянии 11 500 км от места испытания! Эти наблюдения подтвердили гипотезу о звуковом волноводе.

И в толще Земли, в верхней мантии, на глубинах от 50—100 до 250—400 км, тоже обнаружен волновод — слой, по которому сейсмические волны путешествуют на пониженной скорости, не рассеиваясь. Геофизики считают, что вещество волноводного слоя находится в состоянии, близком к жидкости. Предполагают, что в нем сосредоточена почти вся сера Земли. Только так можно объяснить диспропорцию, замеченную учеными: содержание серы в земной коре составляет 0,1%, а в метеоритах — 2%.

Подводные каналы

Ныне человек все чаще обращает взор к океану, поистине неисчерпаемой кладовой нашей планеты. Но трудно исследовать глубины на специальных аппаратах без надежной связи с поверхностью. А радиоволны, служащие нам верой и правдой на Земле и в космосе, гаснут в воде, преодолев лишь десятки-сотни метров. Заменить их пока могут лишь волны акустические.

В 1946 году коллектив советских ученых во главе с академиком JI. Бреховских обнаружил «подводный звуковой канал», по которому акустические волны распространяются на тысячи километров. Позже академик JI. Бреховских разработал подробную теорию распространения звуковой энергии, и в 1976 году его вместе с коллективом авторов монографии «Акустика океана» наградили Государственной премией. Эксперименты проводились на научно-исследовательских судах «Сергей Вавилов» и «Петр Лебедев», первых плавучих

лабораториях, специально приспособленных для этого.

Аналогичное открытие сделали и американцы. Впрочем, их работы проводились в обстановке строжайшей секретности, а результаты не публиковались.

Подводный акустический канал тоже действует подобно диэлектрическому волноводу, о чем рассказывалось выше. Только в приповерхностных слоях океана изменение скорости звука зависит от перемены температуры, которая уменьшается с глубиной. Но с увеличением глубины температура становится стабильней и на скорость звука больше всего влияет гидростатическое давление, увеличивающее скорость звука. Чем глубже — тем сильнее. Слой же, в котором скорость звука минимальна, совпадает с осью подводного звукового

Процесс распространения волн в подводном канале. Источник звука — на его оси.

канала. Этот слой довольно устойчив и находится обычно на постоянной глубине.

Подводный канал «захватывает» волны, вышедшие из точки излучения под углом не более 10—15° к его оси. Невидимые стенки концентрируют распростргняющуюся звуковую энергию вдоль оси канала, не давая разбегаться звукам. Академик Бреховских образно объясняет это явление: «Вспомните, как ведет себя уставший путник. Он предпочитает держаться теневой, более прохладной стороны, нести на своих плечах как можно меньше груза и двигаться с минимальной скоростью. Ведь только при этом он может пройти максимальное расстояние. Звуковой луч в морской воде подобен этому путнику. Выйдя из источника, он уходит вверх от оси звукового канала. Чем выше, тем теплее, и луч заворачивает вниз, в «холодок», и углубляется до тех пор, пока не начинает «ощущать» тяжесть повышающегося гидростатического давления».

Дальность действия подводных каналов поразительна! Звук от подводного взрыва полуторакилограм-мового заряда в Атлантике зафик