Emisia undelor acustice în mediul marin - Principiul fizic, surse acustice

Emisia undelor acustice în mediul marin

1.Noțiuni introductive

Sunetul reprezintă energia produsă de obiecte în momentul în care acestea vibrează. Altfel putem defini sunetele ca fiind unde a căror condiții de propagare sunt în strânsă legătură cu variațiile presiunii mediului și care sunt create de către un obiect ce vibrează.Aceste vibrații imprimă particulelor aflate în jurul obiectului o mișcare oscilatorie ,astfel energia este transportată de-a lungul întregului mediu.În cazul în care mișcarea particulelor este paralelă cu sensul de propagare a undei atunci unda acustică va putea fii numită și undă longitudinală.Undele logitudinale pot fi considerate rezultatul compresiei și rarefierii undelor acustice prin aer.

Viteza de propagare a unei unde acustice prin aer este de 331.5+0.6Tc m/s,

Tc-temperatura in grade Celsius.

De menționat fapul că traiectoria particolelor nu este similară cu cea a undei,acestea oscilând înainte și înapoi în raport cu poziția lor de echilibru.

Spre deosebire de undele transversale (undele electromagnetice ) ,undele longitudinale precum cele acustice nu pot fi polarizate.Fenomenul de polarizare al undelor depinde de orientarea oscilatorului (sursei) în spațiu raportată la gradul de neomogenitate al mediului.O undă polarizată vibrează într-un singur plan în spațiu.Undele acustice vibrează de-a lungul direcției lor de propagare prin urmare nu pot fi polarizate.

Un al termen deosebit de important în ceea ce privește teoria undelor acustice este presiunea.Presiunea este definită ca raportul dintre modulul forței exercitate și suprafața pe care se exercită aceasta.Unitatea de măsură este Pascalul ce este egal N/m2.În sistemul internațional sunt recunoscute următoarele relații:

1 atmosferă=105 Pa=1 bar

Presiunea hidrostatică crește proporțional cu adâncimea după urmatoarea formulă:

P0=(1+d/10m) 105 Pa

1.1.Emisia undelor acustice.Principul fizic

Așa cum am menționat și mai sus orice corp ce oscilează într-un mediu elastic producând unde acustice de o anumită frecventă poate fi numit sursă acustică.Astfel prin emisie se înțelege procesul de producere a undelor acustice în mediul înconjurător ,în timp ce acea surafață a sursei ce se află în contact nemijlocit cu mediul portă denumirea de suprafață de emisie.Pentru o mai ușoară înțelegere a fenomenelor acustice se poate face analogia între teoria sunetelor și cea a luminii datorită asemănărilor foarte mari.Cele două fenomene se deosebsc însă în momentul în care în discuție intervine natura mediului în care cele două pot avea loc. Dacă în cazul luminii existența fenomenului nu este condiționată de natura mediului de propagare,lumina se propagă în vid,în cazul sunetelor tocmai prezența mediului reprezintă factorul cheie.

Pentru a putea defini legea de baza a emisiei este nevoie să se ia în considerare următorul termen:

Puterea acustică-lucrul mecanic efectuat de o sursă acustică împotriva forțelor de reacție. Așa numita reacție a mediului nu reprezintă alteva decât presiunea acustică determinată de forțe potrivnice mișcării oscilatorii a suprafeței de emisie.

Așadar ,puterea de reacție a mediului Fs ce acționează în orice moment de timp t asupra unei suprafețe de emisie S este egală cu:

Fs=p∙S unde:

p-presiunea austică ce acționează asupra suprafeței de emisie;

S-suprafața de emisie;

În continuare vom discuta despre ecuația ce exprimă legea fundamentală a emisiei

Fs=S∙za∙ξ=zs∙ξ

unde ξ-viteza de oscilație a particolelor mediului suprafeței de emisie;

za-impedanța acustică a mediului;

zs-rezistanța de emisie

ξ-viteza de oscilație a materiei ,unde ξ=ξ(x,t) ieșirea particulei din poziția de echilibru

Pentru a înțelege mai bine acestă temă în continuare am abordat și partea de propagare a undelor acustice în mediul marin, această parte fiind sintetizată în cele ce urmează:

2.1. Pierderile de propagare

Pierderile de propagare (PL) sunt o măsură a reducerii intensității acustice între sursă și un receptor așezat la o distanta d față de aceasta. Dacă Io este intensitatea undelor acustice la distanta de referință de 1 m față de sursa și Ir este intensitatea undelor acustice în punctul de recepție pierderile de propagare intre sursă și receptor sunt date de relatia:

2.2. Pierderile de împraștiere

2.2.1.Legea de proagare sferică

Când o sursa izotropă se află într-un mediu infinit, puterea radiată este egală în toate direcțiile , puterea radiată se distribuie pe suprafața unei sfere de raza r. Puterea radiată este egală cu produsul dintre intensitatea acustică și suprafață.

Și dacă r1 = 1m , pierderile de împrăștiere la r , sunt :

Sub formă logaritmică: unde r este distanța în metrii.