Hur påverkar vatten ljud?

Vatten påverkar ljudvågor på flera sätt. De rör sig till exempel flera gånger snabbare genom vatten än luft och reser längre sträckor. Men eftersom det mänskliga örat utvecklades för att höra i luft, tenderar vatten att dämpa ljud som annars är klara i luften. Vatten kan också "böja" ljud och skicka det på en sicksackväg istället för en rak linje.

Ljud rör sig i form av vågor som härrör från vibrationer som härrör från föremål. Om ett objekt av en slump träffas eller rör sig, skapar det en vibration. Dessa störningar får också de omgivande molekylerna i ett medium - luft, flytande eller fast ämne - att vibrera. I sin tur får öronen skakningar av dessa olika ämnen, som skickar signaler till hjärnan. Dessa tolkas som "ljud".

Produktionen av ljud är också samma under vattnet. När du träffar ett föremål börjar vibrationer från undervattensobjektet att stöta på omgivande vattenmolekyler. Det nedsänkta mänskliga örat hör inte ljudet lika lätt som över marken. Det kräver en hög frekvens eller en riktigt hög volym för att det mänskliga örat ska höra det.

Ljudvågornas hastighet beror på vilket medium som används, inte på antalet vibrationer. Ljud rör sig snabbare i fasta ämnen och vätskor och långsammare i gaser. Ljudets hastighet i rent vatten är 1 498 meter per sekund, jämfört med 343 meter per sekund i luft vid rumstemperatur och tryck. Det kompakta molekylarrangemanget av fasta ämnen och det närmare arrangemanget av molekyler i vätskor gör att dessa molekyler reagerar snabbare på störningar hos angränsande molekyler än i gaser.

Som i gaser är ljudets hastighet under vattnet också beroende av densitet och temperatur. I gaser ökar molekylhastigheten när temperaturen ökar; precis som gaser rör sig ljudvågor snabbare när temperaturen ökar. Till skillnad från gaser har vatten en större densitet på grund av dess molekylära arrangemang. Således reser ljudvågor snabbare under vattnet när vågen stöter igenom - och vibrerar med fler molekyler.

Refraktion är ett komplext fenomen som involverar böjning av ljudvågor när de påskyndar och saktar ner när de reser genom olika medier. Detta går obemärkt förbi i vardagen, men ändå anser forskare att den här egenskapen är viktig i havsstudier under vattnet. Ljudets hastighet i havet varierar. När havet blir djupare sjunker temperaturen medan trycket ökar. Ljud rör sig snabbare på lägre djup än på ytnivå, oavsett hur stor temperaturskillnaden är på grund av tryckdifferenser. Hastighetsförändringen ändrar vågarnas riktning, vilket gör det svårt att avgöra var ljudet ursprungligen kom ifrån.

Salthalt kan också vara en faktor för att bestämma ljudets beteende. I havsvatten går ljudet upp till 33 meter per sekund snabbare än i sötvatten. Salthalt påverkar ljudhastigheten vid ytan, särskilt vid flodmynningar eller mynningar. Ljud rör sig snabbare i havet eftersom det finns fler molekyler - speciellt saltmolekyler - som vågorna kan interagera med, liksom högre yttemperaturer.