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工程聲學/聲吶

來自華夏公益教科書

航海儀器的使用對於那些依賴海洋的人來說一直至關重要。根據恆星找到地球位置的方法很久以前就有了,但能夠追蹤水下物體的儀器是比較近才出現的。其中一種儀器是測深儀,它提高了航海的安全性。它的概念很簡單,就是測量從船上發射的聲波到達海底並返回所花費的時間。如果已知聲波在介質中的速度,就可以很容易地確定深度。另一種機制是在燈塔或燈船上使用水下鍾,並在船隻上使用水聽器來確定它們之間的距離。這些可以被認為是聲吶(SOund Navigation And Ranging)的前身。

還有很多動物利用水下聲音傳播來進行交流。

1841 年,讓-丹尼爾·科拉東 [1] 首次成功測量了水中的聲速。

由 Del Grosso 開發的水中聲速 (m/s) 公式[1],適用於海王星[2] 水域,取決於攝氏溫度 (T)、千分率 (ppt) 鹽度 (S) 和大氣壓強 (P)。

其中,壓力是深度[Km]和緯度的函式,由下式給出

圖 1:低緯度海區聲速剖面。未考慮鹽度梯度。

聲速對溫度非常敏感,溫度在溫躍層[2]中變化很大。在 1000 米深以下,壓力控制著方程,隨著深度緩慢增加聲速。除非在非常特殊的情況下,如暴雨或河流與海洋相遇,否則鹽度對方程的影響非常小。

參考資料

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  1. Del Grosso (1974), J. Acoust. Soc. Am.,56,1084(1974)., p. 56,1084
  2. Leroy (1969), J. Acoust. Soc. Am.,56,1084(1974)., p. 46,216
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