denne artikel blev skrevet af Mike Bannon
luk øjnene et øjeblik og lad som om du picnicker midt på eftermiddagen med familie og venner i Central Park. Om en to fodboldbaner væk kan du se en softball spil. Du kan se de mænd og kvinder juble som ballplayers smack bolden og race omkring baserne. Du ser en spiller glide ind i hjemmepladen, og du ser dommeren signalere ham ud. Du kan se al denne handling, men du kan ikke høre den.
senere samme aften som temperaturen køler og andre softball hold spiller under lysene kan du se og høre alt klart. Hvorfor er det sådan? Kunne det være, i løbet af dagen, du var beliggende i en akustisk skygge?
i løbet af dagen opvarmer solen jordens overflade og opvarmer luften tæt på jorden. Lyden bevæger sig hurtigere i varmere luft. Så lyden bevæger sig hurtigere i luften tæt på jorden. Det omvendte sker om natten. Om natten afkøles jorden hurtigt. Den højere luft er varmere end luften tæt på jorden. I løbet af dagen bevæger lyden sig hurtigere nær jorden. Dette får lydbølgen til at bryde opad. Om natten sker det modsatte. Lyden længere fra jorden bevæger sig hurtigere om natten, hvilket får lydbølgen til at bryde tilbage mod jorden.
i 1800-tallet udførte Osborne Reynolds den første lydbølgebrydningsoptagede test. Han lagde en ringeklokke, en fod over jorden, og kravlede tyve meter. Han måtte løfte hovedet for at høre den ringende lyd. Han kravlede derefter halvfjerds meter og måtte stå, før han kunne høre den ringende lyd.
i 2001 udgav Charles D. Ross en bog kaldet borgerkrig akustiske skygger. I denne artikel skal vi undersøge fænomenet lydbølgebrydning og hvordan det relaterer til krigslydene dannelsen af akustiske skygger.
nedadgående Lydbølgebrydning
i begyndelsen af det 20.århundrede, med brug af varmluftsballoner, begyndte forskere at lære mere om vores atmosfære og dens forskellige lag. I 1923 blev atmosfæriske temperaturændringer dokumenteret, mens man studerede meteorer. I 1924 foreslog Ervin Schrodinger, en nobelprisvindende østrigsk fysiker, at”lavfrekvente lyde ville blive absorberet mindre i atmosfæren og derfor ville blive bragt tilbage til jorden stærkere end højfrekvente lyde”.
lagene, der huser vores område, har tendens til at være varmere på grund af den fangede stråling fra solen. Når lydbølgen rammer dette varmere lag, brydes det tilbage mod jorden.
Vind
Vind spiller også en vigtig rolle i brydningen af lydbølger og i sidste ende på den afstand, de rejser. Vind, der rejser direkte ind i en modkørende lydbølge, får den til at bryde opad mere skarpt. Vind, der rejser i samme retning som en lydbølge, vil gøre lydbølgebrydningen mere gradvis. I den øvre atmosfære vil en stærk vind, der bevæger sig i retning af bølgen, skubbe bølgen længere og hurtigere.
lydbølge brydning & krig
før en alder af moderne teknologi hær chefer påberåbt lyd af at guide dem med deres militære beslutningsproces. Mange gange, til skade for dem, tog kommandanter beslutninger baseret på, hvad de hørte. Mange blev fanget i lydskyggen ingenmandsland. Den første optagede lydskygge-effekt skete til søs mellem Englands og Hollands kyster. I fire dage kæmpede den engelske flåde den hollandske flåde ud for Dunkirk-kysten under Anden Anglo-hollandske krig. Historikere krediterer den større hollandske flåde med sejren. Under slaget, ikke-stridende sejladspassagerer beliggende til søs i et skyggeområde et sted mellem slaget og Englands kyst hørte ikke Slaget. På den anden side blev slaget hørt overalt forskellige steder i England.
under Første Verdenskrig, den 28.September 1914, begyndte det tyske artilleri at beskyde den belgiske by. Det akustiske skyggeområde startede cirka tredive miles fra artilleriet og sluttede omkring tres miles væk. Efter det tres kilometer lange mærke blev det tyske artilleribombardement hørt. Folkene inden for artilleriets tredive til tres mils radius kunne ikke høre det.
den 19.September 1862 planlagde General Grant at angribe den konfødererede generalmajor Sterling Price nær den lille by Iuka, Mississippi. Planen var, at Unionens generalmajor Vilhelm Rosecrans skulle angribe Price først, og efter at have hørt slaget ville Grants generalmajor Edvard Ord flytte sine tropper ind for at forhindre Price i at trække sig tilbage. Ord skulle engagere sine tropper efter at have hørt lyden af kamp. Disse lyde kom aldrig. Da Rosecrans hær deltog i kamp med de konfødererede hele eftermiddagen, hørte Ord og hans hær, der ligger i en akustisk skygge, aldrig kamplydene og i sidste ende aldrig angrebet. Price trak sig tilbage og reddede i sidste ende sin hær.
General Longstreet (1821-1904)
ved Gettysburg den 2. juli 1863 udsendte General Lee en kommando til generalløjtnant James Longstreet om at angribe de runde toppe-den sydlige ende af cemetery ridge. Bakketoppen var næsten uforsvarlig. Lee håbede at få sine kanoner til de runde toppe, så de konfødererede kunne bombardere Unionens tropper med kanonild. Efter at have hørt Longstreets angreb, generalløjtnant Richard var at angribe fra venstre. Han skulle beordre sine mænd til at angribe, så snart han hørte Longstreets spærreild af kanonild. Han hørte aldrig Longstreets kanoner. Elisabeth og hans hær befandt sig i en akustisk skygge. I mellemtiden flyttede Unionens generalmajor George Meade mænd fra højre til venstre for at stoppe Longstreets fremrykning.
General Lees “Vandsløjfe”
i 1865 havde Lee sin hær beliggende uden for byen Petersburg Virginia. Lee gættede korrekt, at Grant ville se ud til at angribe sin højre flanke. Lee sendte General George Picket med army of northern Virginia, fem tusind konfødererede soldater, ned til fem gafler for at grave ind og oprette snavs og træforsvar. Lee forstod behovet for at holde dette område for at beskytte sin sydlige supply railroad åben.
Grant kendte denne strategiske betydning og sendte sin Union generalmajor Phillip Sheridan for at angribe Lees venstre flanke ved Five Forks. Om morgenen efter angrebet inviterede generalmajor Lee Picket sammen med generalmajor Thomas Rosser til en fiskebage to miles væk fra Picket ‘ s frontlinie. Picket forsømte at fortælle ham mænd, at han forlod. Historikere spekulerer i, at han ikke fortalte ham mænd, der sandsynligvis var sultne og underernærede, fordi han følte sig skyldig.
mens du nyder baked shad og noget alkohol, Sheridan og hans kommandanter angreb pickets forsvar i sidste ende decimerer pickets styrker og tager tusinder fanger. Da slaget rasede to miles fra fiskebagen, Picket og de andre kommandanter hørte intet. Sent på eftermiddagen besluttede Picket at sende en kurer for at kontrollere sine mænd. Da kureren red i det fjerne, kunne generalerne til deres rædsel se deres kurer taget til fange af de fremrykkende unionstropper. Picket hoppede på sin hest og Red til sine mænd, men det var for sent.
de konfødererede led et stort Nederlag — et, der ville fremskynde den kommende ende af borgerkrigen. Picket og hans kommandanter blev fanget i en akustisk skygge. Den eftermiddag, mens generalerne troede, at de nød en stille begivenhedsløs afslappende fiskebage, kollapsede deres verden.
Atombombetest
i 1951 detonerede den amerikanske regering en atombombe femogtres miles væk fra Las Vegas. Testen knuste vinduer i Las Vegas. Bombetesterne opdagede, at lydbølgerne fra bomben brydes opad og nedad seks gange, før de rammer Las Vegas. Bølgerne blev brydes opad i atmosfæren og derefter brydes nedad tilbage til jordens overflade hver elleve miles.
beregning af lydhastighed i forskellige temperaturer
lydens hastighed ved 0 grader Celsius er 331 m/s. for hver 1 grad Celsius tilføjede lydens hastighed stigninger. Her er formlen til beregning af stigningen i hastighed:
C = (331 + 0.6T) m / s
C = den nye lydhastighed
T = lufttemperaturen i grader Celsius
til beregning af lydens hastighed i luft ved 30 grader:
C = (331 + 0.6 × 30) = 349 m/s
ved 30 grader Celsius er lydens hastighed 349 m/s.
konklusion
når miljøingeniører ser ud til at minimere industriel støj til omgivende samfund, skal de overveje begrebet lydbølgebrydning og dets akustiske skyggeeffekt. Industriel støj i områder, der umiddelbart omgiver fabrikkerne, vil være større om natten end om dagen.
se på olieraffinaderiet på billedet nedenfor. Det omgivende samfund vil høre lidt af de lyde, der udsendes fra stablerne højt over raffinaderiet i løbet af dagen. Lydbølgerne fra disse kilder vil ultimativt bryde opad. Fællesskaber beliggende mange kilometer væk vil her denne støj. Men i løbet af natten er en anden historie. Disse bølger vil blive brudt lige ind i samfundet.
lad os sige, at en stak udsender lydbølge 20 meter over jorden. Ingeniører skal beregne brydningsvinklen for at bestemme, hvordan man bedst kan bekæmpe dette fænomen og i sidste ende reducere decibelniveauer til det omgivende samfund. I en opfølgningsartikel, “foreslået matematik til brydning af lydbølger”, vil vi foreslå ny matematik, der bruges til at beregne og vinkel på brydning (bøjning) af lydbølger. Senere i år har vi også til hensigt at gennemføre et eksperiment svarende til det, der blev udført af Osborne Reynolds i 1800 ‘ erne. se efter denne artikel engang i September 2015.