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ouvindo o oceano Laboratório de Ciências para Crianças

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Você provavelmente já prestou atenção: em relação aos mares, oceanos, a palavra “mistério” é usada com tanta frequência quanto em relação ao espaço. Isto não é coincidência. A exploração oceânica é muito, muito difícil. E embora o conhecimento sobre esse elemento seja cada vez mais acumulado, ainda hoje há muita coisa incompreensível.

Quais são as dificuldades? Com efeito, a partir do bordo de um navio de investigação, os instrumentos podem ser baixados a qualquer profundidade e podem ser determinadas a composição da água do mar, a salinidade, a velocidade e a temperatura das correntes. Câmeras de televisão de alto mar ajudam a monitorar a vida dos habitantes do mar. Existem também batiscafos nos quais se pode descer a grandes profundidades.

Tudo isso é assim. Mas o mar é mutável. E se as chamadas correntes estacionárias, dia após dia, ano após ano, seguindo na mesma direção e na mesma profundidade, são realmente relativamente fáceis de estudar, então o que dizer das perturbações hídricas que surgem e desaparecem em poucas horas? Como investigar os vórtices subaquáticos em anel, gerando, segundo os cientistas, ciclones ou anticiclones que alteram o clima em todo o globo? Afinal, simplesmente não há tempo para “senti-los”, sondando-os com instrumentos de profundidade. Até mesmo acompanhar o movimento dos cardumes de peixes para dar comandos claros aos navios de pesca não é fácil e caro. Para isso, é necessário manter quase toda uma frota aérea, e sua eficácia não é tão grande, pois um batente só pode ser detectado do ar em uma profundidade relativamente rasa. Portanto, há muito tempo, os cientistas buscam um método que permita obter um quadro detalhado e completo dos fenômenos ocorridos no mar, e não apenas dados fragmentários obtidos em pontos onde os navios de pesquisa baixaram seus instrumentos de medição. .

É claro que seria muito tentador iluminar a coluna de água com algum tipo de radiação, tal como uma máquina de raios X brilha através dos painéis de betão das casas, mostrando todos os seus defeitos num filme fotográfico. Mas na água, os raios X desaparecem antes de terem percorrido uma dúzia de metros. As ondas de rádio decaem com a mesma rapidez. Portanto, o radar debaixo d'água seria cego. Os raios de luz também se dissipam rapidamente. O som permanece...

Os especialistas sabem há muito tempo que o som percorre distâncias consideráveis ​​na água. Mas é adequado para uso em um localizador subaquático?

É assim que funciona o "alto-falante" subaquático

Para responder a esta pergunta, cientistas do Instituto de Física Geral da Academia de Ciências da URSS montaram o seguinte experimento: um emissor de som foi fixado na parte subaquática de um navio de pesquisa - um enorme cilindro de metal com duas tampas de membrana e um eletroímã dentro . Um gerador de tensão de audiofrequência foi conectado aos enrolamentos do eletroímã e o navio saiu para o mar.

Aqui está mais um dos mistérios do oceano: quanto mais longe o navio se afasta da costa, maior é a amplitude do som que o sonar recebe.

Tempo passou. O navio foi cada vez mais longe, e o hidrofone instalado perto da costa recebeu seu sinal com segurança. Mesmo 400 quilômetros de distância quase não enfraqueceram o fio sonoro que conectava o navio à costa - o hidrofone ainda recebia claramente o som do emissor.

Descobriu-se que perto da costa é possível receber o eco sonoro de processos que ocorrem no mar e a milhares de quilômetros do hidrofone. Eles tentaram fazer isso, mas depois de ouvir os sinais dos hidrofones, que em outro experimento foram gravados em um gravador por vários dias seguidos, os cientistas descobriram algo que não pôde ser decifrado: uma mistura caótica de todos os sons possíveis, do infra -baixo a ultra-alto, apareceu na fita magnética. Nenhum computador ajudaria a compreender tamanha confusão.

Ficou claro que ouvir o mar é inútil. Você precisa sondá-lo, apenas sondá-lo com seu próprio som, assim como faz um localizador. No entanto, o princípio direto no qual o localizador funciona não era adequado para os físicos. Você provavelmente sabe que o localizador envia sinais de rádio para o céu e capta seu reflexo. Pode-se supor que um cardume de peixes na água também é capaz de refletir um sinal sonoro que caiu sobre ele - sua densidade difere da densidade da água. Mas um vórtice ou fluxo anular provavelmente não refletirá o som ou o refletirá muito fracamente. Afinal, a água é água, e não faz diferença se o som está parado ou em movimento. Portanto, decidiram separar o emissor de som e o hidrofone a uma distância de dezenas de quilômetros. O cálculo foi que as perturbações da água ou do mesmo cardume de peixes que surgissem entre eles, pelo menos um pouco, impediriam a propagação do som na água, distorcendo sua amplitude ou fase. E para evitar que sinais estranhos entrassem no amplificador do hidrofone, eles decidiram construir um filtro sintonizado com muita precisão na frequência do emissor de som.

Depois foi necessário pensar no esquema completo de sondagem sonora do mar. E aqui os físicos se lembraram antes de tudo do efeito Doppler.

Você provavelmente já experimentou esse efeito mais de uma vez. Lembre-se: quando o trem se aproxima da estação, seu bip é mais alto do que quando passou. Isso ocorre porque, a princípio, as velocidades do som e dos trens aumentam, o som voa mais rápido e sua frequência para um observador estacionário torna-se mais alta. Então a velocidade do trem já está subtraída da velocidade do som. Sua frequência está diminuindo.

Para um receptor de áudio de banda larga como o nosso ouvido, isso não importa. Mas se estiver sintonizado apenas na frequência da buzina, como o hidrofone está na frequência do transmissor, então nem as frequências mais altas nem as mais baixas serão ouvidas. Por isso, decidiram instalar o emissor sonoro no fundo do mar, imóvel, e não em um navio, que, pelo seu movimento, poderia alterar a frequência.

Esta figura mostra claramente como as fases dos sinais diferem devido ao fato do cabo com hidrofones não ser colocado exatamente ao longo do raio.

Um hidrofone para uma análise precisa não era, como argumentaram os cientistas, suficiente. Para cobrir o máximo de espaço possível, os receptores de som precisam de pelo menos algumas dúzias. Assim será possível não só registrar um cardume de peixes ou um vórtice anular, mas também monitorar seus movimentos. Ou seja, será possível criar um certo quadro espacial das perturbações no mar e descobrir o que causou essas perturbações.

Há muito que se pode dizer como o equipamento para o experimento foi preparado - pré-amplificadores especiais foram embutidos nos hidrofones, capazes de ouvir sinais fracos e não "ensurdecer" de sinais muito fortes, como eles procuraram maneiras de protegê-los pela pressão da água e pela corrosão, como escolheram o mais interessante do ponto de vista da ciência, um trecho do mar ... Foram muitas as dificuldades na preparação. Eles esperaram pelos cientistas durante o experimento.

Depois que o emissor de som e cinquenta hidrofones em um cabo comum foram imersos no fundo do mar e todos os aparelhos foram ligados, em vez do sinal esperado, os pesquisadores viram cinquenta sinais com fases diferentes na tela do osciloscópio - todos os hidrofones não trabalham juntos, mas fora de ordem.

O motivo acabou sendo simples: para que todos os hidrofones funcionem, como dizem, em uníssono, a distância de cada um deles ao emissor sonoro deve ser a mesma. Então todos os sinais chegarão a eles em uma fase. Mas, afinal, um cabo não pode ser colocado de maneira perfeitamente uniforme até uma profundidade de cem metros, com uma precisão de mícrons. Como isso cai no fundo é uma questão de sorte.

E ainda assim, os hidrofones conseguiram funcionar em um só equipamento. Os físicos alinharam as fases com altíssima precisão, desenvolvendo dispositivos eletrônicos especiais de mudança de fase. E agora a pista estacionária - é assim que os especialistas chamam o seu localizador de som subaquático - já está fornecendo informações. Agora os teóricos estão analisando-o, em busca de padrões que permitam determinar exatamente o que significa esta ou aquela distorção do sinal, a que fenômeno no mar ela corresponde.

No futuro, os cientistas estão pensando em instalar tais rotas em todos os mares e oceanos. E, aparentemente, não está longe o tempo em que eles terão muito menos segredos.

Autor: A.Fin

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