Denne artikkelen ble skrevet Av Mike Bannon
Lukk øynene dine et øyeblikk og lat som om du piknik midt på ettermiddagen med familie og venner I Central Park. Om en to fotballbaner unna kan du se et softballspill. Du kan se menn og kvinner heie som ballplayers smellkyss ballen og rase rundt baser. Du ser en spiller gli inn hjemme plate og du ser dommeren signalisere ham ut. Du kan se alt dette, men du kan ikke høre det.
Senere den kvelden som temperaturen kjøler og andre softball lag spiller under lysene kan du se og høre alt klart. Hvorfor er dette slik? Kan det være, i løpet av dagen, du lå i en akustisk skygge?
i løpet av dagen oppvarmer solen jordens overflate og oppvarmer luften nær bakken. Lyden beveger seg raskere i varmere luft. Så lyden beveger seg raskere i luften nær bakken. Det motsatte skjer om natten. Om natten kjøler bakken raskt. Jo høyere luft er varmere enn luften nær bakken. I løpet av dagen går lyden raskere nær bakken. Dette fører til at lydbølgen bryter oppover. Om natten skjer det motsatte. Lyden lenger fra bakken reiser raskere om natten forårsaker lydbølgen å refracte tilbake mot jorden.
På 1800-tallet utførte Osborne Reynolds Den første lydbølgebrytningstesten. Han satte en ringeklokke, en fot over bakken, og kravlet tjue meter. Han måtte løfte hodet for å høre den ringende lyden. Han krøp sytti meter og måtte stå før han kunne høre ringelyden.
I 2001 publiserte Charles D. Ross En bok kalt Civil War Acoustic Shadows. I denne artikkelen skal vi utforske fenomenet lydbølge brytning og hvordan det gjelder lyden av krig dannelsen av akustiske skygger.
Nedadgående Lydbølgebrekning
i begynnelsen av det 20. århundre, med bruk av varmluftsballonger, begynte forskere å lære mer om atmosfæren og dens forskjellige lag. I 1923 ble atmosfæriske temperaturendringer dokumentert mens man studerte meteorer. I 1924 foreslo Erwin Schrodinger, En Nobelprisvinnende Østerriksk Fysiker, at «lavfrekvente lyder ville bli absorbert mindre i atmosfæren og ville derfor brytes tilbake til jorden sterkere enn høyfrekvente lyder».
lagene som huser ozonet vårt, har en tendens til å være varmere på grunn av den fangede strålingen fra solen. Når lydbølgen treffer dette varmere laget, brytes den tilbake mot jorden.
Vind
Vind spiller også en viktig rolle i brytningen av lydbølger og til slutt på avstanden de reiser. Vind som reiser direkte inn i en motgående lydbølge, vil gjøre det brekker oppover mer skarpt. Vind reiser i samme retning som en lydbølge vil gjøre lydbølgen refraksjon mer gradvis. I den øvre atmosfæren vil en sterk vind som reiser i retning av bølgen skyve bølgen videre og raskere.
Lydbølge Refraksjon & Krig
Før en alder av moderne teknologi army sjefer stolt på lyden av å veilede dem med sin militære beslutningsprosessen. Mange ganger, til skade for dem, tok kommandørene beslutninger basert på hva de hørte. Mange ble fanget i lydskyggen ingenmannsland. Den første innspilte lydskyggeeffekten skjedde til sjøs mellom kysten Av England og Holland. I fire dager kjempet den engelske Marinen mot den nederlandske Marinen utenfor Kysten Av Dunkerque under Den Andre Anglo-nederlandske krig. Historikere krediterer den større nederlandske Marinen med seieren. Under slaget, ikke-stridende båtliv passasjerer som ligger på sjøen i en skygge sone et sted mellom slaget og kysten Av England hørte ikke slaget. På den annen side ble kampen hørt over forskjellige steder I England.
under første Verdenskrig, den 28. September 1914, begynte tysk artilleri å beskyte Den Belgiske Byen Antwerpen og festningsverkene som beskyttet byen. Den akustiske skyggesonen startet omtrent tretti miles fra artilleriet og endte på omtrent seksti miles unna. Etter sekstimilsmerket ble det tyske artilleribombardementet hørt. Folket innenfor artilleriets tretti til seksti kilometer radius kunne ikke høre det.
Den 19. September 1862 planla General Grant å angripe Konføderasjonens Generalmajor Sterling Price nær den lille byen Iuka i Mississippi. Planen var At Unionens Generalmajor William Rosecrans skulle angripe Price først, og Da Grants generalmajor Edward Ord hørte slaget, skulle Han flytte sine tropper inn for å hindre Price i å trekke Seg tilbake. Ord var å engasjere sine tropper etter å ha hørt lyden av slaget. De lydene kom aldri. Som Rosecrans hær engasjert i kamp med de konfødererte hele ettermiddagen, Ord og hans hær, ligger i en akustisk skygge, aldri hørt slaget lyder og til slutt aldri angrepet. Price trakk seg tilbake og til slutt, for tiden, reddet sin hær.
General Longstreet (1821-1904)
Ved Gettysburg 2. juli 1863 utstedte General Lee en kommando For Generalløytnant James Longstreet for å angripe round tops-sørenden av cemetery ridge. Fjelltoppen var nesten forsvarsløs. Lee håpet å få kanonene sine til rundetoppene slik at de konfødererte kunne bombardere unionsstyrkene med kanonild. Etter Å ha hørt longstreets angrep, skulle Generalløytnant Richard Ewell angripe fra venstre. Han skulle beordre sine menn til å angripe så snart Han hørte Longstreets bombardement av kanonild. Han hørte Aldri Longstreets kanoner. Ewell og hans hær befant seg i en akustisk skygge. I mellomtiden flyttet Unionens Generalmajor George Meade menn fra sin høyre til sin venstre for å stoppe Longstreets fremrykning.
General Lees «Waterloo»
I 1865 Hadde Lee sin hær lokalisert utenfor Byen Petersburg Virginia. Lee gjettet riktig at Grant ville se for å angripe sin høyre flanke. Lee sendte General George Picket med army of northern Virginia, fem tusen konfødererte soldater, ned Til Fem Gafler for å grave inn og sette opp jord og tre forsvar. Lee forsto behovet for å holde dette området for å beskytte sin sørlige forsyningsjernbane åpen.
Grant visste om denne strategiske betydningen og sendte Sin Unionsmester Phillip Sheridan for å angripe Lees venstre flanke ved Five Forks. På morgenen av angrepet, confederate Generalmajor Fitzhugh Lee invitert Picket sammen Med Generalmajor Thomas Rosser til en fisk bake to miles unna Picket frontlinjen. Picket forsømte å fortelle ham menn at han dro. Historikere spekulerer i at han ikke fortalte ham menn, som sannsynligvis var sultne og underernærte, fordi han følte seg skyldig.
Mens du nyter bakt shad og litt alkohol, angrep Sheridan Og hans kommandanter Picket ‘s forsvar til slutt decimating Picket’ s styrker og tok tusenvis fanger. Da kampen raste to miles fra fish bake, Hørte Picket og de andre kommandørene ingenting. Sent på ettermiddagen, Picket besluttet å sende en kurer for å se på hans menn. Som kureren red av i det fjerne generalene, til sin skrekk, kunne se sine kurer tatt til fange av de fremrykkende union tropper. Picket hoppet på hesten og red til sine menn, men det var for sent.
de konfødererte led et stort nederlag — et som ville akselerere den kommende slutten av borgerkrigen. Picket og hans kommandanter ble fanget i en akustisk skygge. Den ettermiddagen mens generalene trodde de var nyter en rolig begivenhetsløs avslappende fisk bake, deres verden var kollapset.
Kjernefysiske Bombe Tester
I 1951 usas Regjering detonerte en atombombe sekstifem miles unna Las Vegas. Testen knuste vinduer I Las Vegas. Bombetesterne oppdaget at lydbølgene fra bomben brøt oppover og nedover seks ganger før de slo Las Vegas. Bølgene ble brutt oppover i atmosfæren og deretter brytes nedover tilbake til jordens overflate hver elleve miles.
Beregning Av Lydhastighet I Forskjellige Temperaturer
lydens hastighet ved 0 grader Celsius er 331 m/s. for hver 1 Grad Celsius legges lydens hastighet til. Her er formelen for beregning av økningen i hastighet:
C = (331 + 0.6T) m/s
C = den nye lydhastigheten
T = lufttemperaturen I Grader Celsius
for å beregne lydens hastighet i luft ved 30 grader:
C = (331 + 0.6 × 30) = 349 m / s
ved 30 grader Celsius er lydens hastighet 349 m / s.
Konklusjon
når miljøingeniører ser for å minimere industriell støy til omgivende samfunn, må de vurdere begrepet lydbølgebrekning og dens akustiske skyggeeffekt. Industriell støy, i områder som umiddelbart omgir fabrikkene, vil være større om natten enn om dagen.
ta en titt på oljeraffineriet på bildet nedenfor. Det omkringliggende samfunnet vil høre lite av lydene som slippes ut fra stablene høyt over raffineriet i løpet av dagen. Lydbølgene fra disse kildene vil ultimate refract oppover. Samfunn som ligger mange kilometer unna vil her denne støyen. Men i løpet av natten er en annen historie. Disse bølgene vil bli brutt rett inn i samfunnet.
La oss si at en stabel sender lydbølge 20 meter over bakken. Ingeniører må beregne brytningsvinkelen for å bestemme hvordan man best kan bekjempe dette fenomenet og til slutt redusere desibelnivåer til omgivende samfunn. I en oppfølgingsartikkel, «Foreslått Math For Refracting Sound Waves», vil vi foreslå ny matte som brukes til å beregne og vinkelen for refracting (bøying) av lydbølger. Senere i år har vi også tenkt å gjennomføre et eksperiment som ligner På Det som ble utført Av Osborne Reynolds på 1800-tallet. Se etter denne artikkelen en gang i September 2015.