Вода и звук, из взаимосвязь в дайвинге

Применительно к дайвингу: Звук в воде распространяется быстрее, чем в воздухе, из-за чего под водой трудно определить источник звука. Поэтому вы не можете определить по шуму двигателей, где находится лодка. Однако вы можете слышать звуки на большем расстоянии, чем на поверхности.

Как и свет, звук — это форма энергии, распространяющейся волнами. Но в отличие от света звук - это форма механической энергии, тогда как свет — это электромагнитная энергия. В этом заключается существенное различие, так как электромагнитная энергия может существовать в отрыве от материи и распространяться в вакууме. Звук и другие виды механической энергии могут существовать только там, где есть материя, и распространяться через нее.

Звук возникает, когда что-то запускает волну или серию волн в материи. Волна или серия волн может передаваться из одной среды в другую, например шум под водой может предаться через дно лодки на поверхность. Когда волны приводят в колебание воздух или воду рядом с барабанной перепонкой, наше ухо преобразует часть энергии в нервные импульсы, которые мы воспринимаем как звук. Звук может распространяться в любой форме материи.

Как правило, звук лучше всего распространяется в плотных средах, например, твердых телах и жидкостях. Частично это происходит из-за того, что в более плотном материале молекулы расположены теснее и лучше передают звук от одной молекулы к следующей. Но для эффективной передачи звука важна не столько плотность материала, сколько его эластичность. Представьте, что вы запускаете одну волну по натянутой веревке, а вторую — по натянутому резиновому жгуту, и сравните результат.

По резиновому жгута волна перемещается быстрее и дальше из-за его эластичности. Поскольку в природе плотные вещества, как правило, обладают отличной эластичностью, хорошую проводимость звука связывают с высокой плотностью. Хотя в пределах условий, связанных с дайвингом, это работает, нужно отметить, что на самом деле это не всегда соответствует истине. Свинец и уголь, например, являются достаточно плотными материалами, но они не очень хорошо проводят звук из-за своей низкой эластичности. Аналогично, одеяло обладает большей плотностью, чем воздух, но если его повесить в комнате, то оно будет поглощать звуки, а не передавать их. Это происходит из-за того, что большинство тканей обладает низкой эластичностью.

Скорость звука зависит от материи, посредством которой он предастся, а также, во многих случаях, от температуры и давления. Звук в вакууме не передается вообще, так как вакуум - это отсутствие материи. В воздухе на уровне моря при температуре 0°С звук распространяется со скоростью приблизительно 332 м/сек. В пресной воде при температуре 15°С скорость звука приблизительно равна 1410 м/сек, тогда как при такой же температуре в соленой воде скорость звука достигает 1550 м/сек.

Под водой вы зачастую не можете определить источник звука, из-за того, что скорость звука приблизительно в четыре раза выше, чем в воздухе. Наш мозг определяет направление звука на основе небольшой разницы в интенсивности и во времени, когда звук достигает сначала одного, а затем второго уха. Под водой интенсивность и время для обоих ушей одинаковы (по крайней мере, для нашего мозга), и нам кажется, что источник звука находится непосредственно над нами. Но так получается не всегда. Иногда мы можем достаточно точно определить источник звука под водой, в зависимости от частоты звука, расстояния до источника, интенсивности и других переменных.

Хотя звук и передается из одной среды в другую, он не очень хорошо проходит через среды с разной плотностью. Например, когда звук идет из воздуха в воду или наоборот, он теряет большую часть энергии на пересечение границы между ними. Поэтому вы можете не услышать, как кто-то вам что-то кричит с поверхности, когда вы находитесь под водой на глубине меньше метра.

Противодействие передаче звука из-за разной плотности также может встречаться в одной и той же среде. Как вы уже знаете, вода формирует слои из-за разности температур и/или количества растворенных солей.

Слои разной плотности будут противодействовать распространению звука. Термоклин или галоклин может оказывать такое сильное влияние на передачу звука, что вы будете хорошо слышать звуки, находясь с источником звука в одном и том же слое, и хуже слышать те же звуки, находясь в другом водном слое всего лишь немного выше или ниже источника звука. Влияние плотности воды на передачу звука зависит от степени изменения плотности и от природы самого звука. Однако разница может быть настолько существенной, что подводные лодки опускаются в более глубокие и плотные слои, чтобы сонары не смогли их обнаружить.

Сопротивление передаче звука из воздуха в воду является одной из причин, почему в большинстве случаев мы не можем разговаривать под водой с другими дайверами. Наши голосовые связки производят звук в воздухе, но звуку не хватает энергии, чтобы перейти в воду и преодолеть шум регулятора и пузырей. Подводные электронные приборы для связи решают эту проблему, преобразуя наш голос в сигнал, который получает напарник, но по существу это приборы представляют собой двустороннюю радиоустановку, а не непосредственную передачу человеческого голоса под водой.

Положение вещей несколько изменится, если вы научитесь нырять с ребризером замкнутого цикла. Звук вашего голоса по-прежнему с трудом переходит из воздуха в воду, но ребризер работает очень и очень тихо. Без всякого дополнительного оборудования вы сможете немного общаться с напарником, если говорить громко, находясь на близком расстоянии.