Jak woda wpływa na dźwięk?

Woda wpływa na fale dźwiękowe na kilka sposobów. Na przykład poruszają się kilka razy szybciej w wodzie niż w powietrzu i pokonują większe odległości. Jednakże, ponieważ ucho ludzkie wyewoluowało, aby słyszeć w powietrzu, woda ma tendencję do tłumienia dźwięków, które w innym przypadku są czyste w powietrzu. Woda może również „zaginać” dźwięk, wysyłając go po zygzakowatej ścieżce zamiast w linii prostej.

Dźwięk rozchodzi się w postaci fal wynikających z wibracji emitowanych przez przedmioty. Jeśli przez przypadek obiekt zostanie uderzony lub poruszy się, wytwarza wibracje. Te zaburzenia powodują również drgania otaczających molekuł ośrodka – powietrza, cieczy lub ciała stałego. Z kolei uszy odbierają drżenie tych różnych substancji, które wysyłają sygnały do ​​mózgu. Są one interpretowane jako „dźwięki”.

Produkcja dźwięku jest taka sama pod wodą. Kiedy uderzasz w obiekt, wibracje podwodnego obiektu zaczynają uderzać w otaczające cząsteczki wody. Zanurzone ucho ludzkie nie słyszy dźwięku tak łatwo, jak nad ziemią. Aby ludzkie ucho mogło to usłyszeć, wymaga wysokiej częstotliwości lub naprawdę głośnej głośności.

Prędkość fal dźwiękowych zależy od użytego medium, a nie od liczby drgań. Dźwięk rozchodzi się szybciej w ciałach stałych i cieczach, a wolniej w gazach. Prędkość dźwięku w czystej wodzie wynosi 1498 metrów na sekundę, w porównaniu do 343 metrów na sekundę w powietrzu w temperaturze pokojowej i ciśnieniu. Zwarty układ molekularny ciał stałych i bliższe ułożenie cząsteczek w cieczach sprawiają, że cząsteczki te szybciej reagują na zakłócenia sąsiednich cząsteczek niż w gazach.

Podobnie jak w przypadku gazów, prędkość dźwięku pod wodą zależy również od gęstości i temperatury. W gazach prędkość cząsteczek wzrasta wraz ze wzrostem temperatury; podobnie jak gazy, fale dźwiękowe przemieszczają się szybciej wraz ze wzrostem temperatury. W przeciwieństwie do gazów woda ma większą gęstość ze względu na swój układ molekularny. W ten sposób fale dźwiękowe przemieszczają się pod wodą szybciej, gdy fala przebija się przez nie i wibruje z większą liczbą cząsteczek.

Refrakcja to złożone zjawisko, polegające na załamywaniu się fal dźwiękowych, które przyspieszają i zwalniają podczas przemieszczania się przez różne media. To pozostaje niezauważone w życiu codziennym, ale naukowcy uważają tę właściwość za ważną w podwodnych badaniach oceanicznych. Prędkość dźwięku w oceanie jest różna. W miarę pogłębiania się oceanu temperatura spada, a ciśnienie wzrasta. Dźwięk rozchodzi się szybciej na niższych głębokościach niż na poziomie powierzchni, niezależnie od tego, jak duża jest różnica temperatur, ze względu na różnice ciśnień. Zmiana prędkości zmienia kierunek fal, przez co trudno jest określić, skąd pierwotnie pochodził dźwięk.

Zasolenie może być również czynnikiem determinującym zachowanie dźwięku. W wodzie morskiej dźwięk przemieszcza się do 33 metrów na sekundę szybciej niż w wodzie słodkiej. Zasolenie wpływa na prędkość dźwięku na powierzchni, zwłaszcza przy ujściach rzek i ujściach rzek. Dźwięk rozchodzi się szybciej w oceanie, ponieważ jest więcej molekuł – w szczególności molekuł soli – z którymi mogą oddziaływać fale, a także wyższe temperatury powierzchni.