ten artykuł został napisany przez Mike Bannon
zamknij oczy na chwilę i udawaj, że pikujesz w środku popołudnia z rodziną i przyjaciółmi w Central Parku. O dwa boiska dalej można zobaczyć softball gry. Możesz zobaczyć mężczyzn i kobiet doping jak piłkarze uderzyć piłkę i wyścig wokół baz. Widzisz, jak gracz wślizguje się do tablicy głównej i patrzysz, jak sędzia daje mu sygnał. Możecie zobaczyć całą tę akcję, ale jej nie słyszycie.
później tej nocy, gdy temperatura się ochładza, a inne drużyny softballowe grają pod światłami, wszystko widać i słychać wyraźnie. Dlaczego tak się dzieje? Czy to możliwe, że w ciągu dnia znajdowałeś się w akustycznym cieniu?
w ciągu dnia słońce podgrzewa powierzchnię ziemi, ogrzewając powietrze blisko ziemi. Dźwięk porusza się szybciej w cieplejszym powietrzu. Tak więc dźwięk porusza się szybciej w powietrzu blisko ziemi. Odwrotnie dzieje się w nocy. W nocy ziemia szybko ochładza się. Wyższe powietrze jest cieplejsze niż powietrze blisko ziemi. W ciągu dnia dźwięk porusza się szybciej w pobliżu Ziemi. Powoduje to załamanie fali dźwiękowej w górę. W nocy dzieje się odwrotnie. Dźwięk dalej od ziemi porusza się szybciej w nocy, powodując załamanie fali dźwiękowej w kierunku ziemi.
w XIX wieku Osborne Reynolds wykonał pierwszy zarejestrowany test załamania fali dźwiękowej. Postawił dzwonek, metr nad ziemią i czołgał się dwadzieścia metrów. Musiał podnieść głowę, aby usłyszeć dzwonienie. Następnie czołgał się siedemdziesiąt jardów i musiał stanąć, zanim usłyszał dzwonienie.
w 2001 roku Charles D. Ross opublikował książkę „Civil War Acoustic Shadows”. W tym artykule przyjrzymy się zjawisku załamania fali dźwiękowej i jak odnosi się ono do dźwięków wojny i powstawania cieni akustycznych.
załamanie fali dźwiękowej w dół
na początku XX wieku, przy użyciu balonów na ogrzane powietrze, naukowcy zaczęli uczyć się więcej o naszej atmosferze i jej różnych warstwach. W 1923 roku podczas badań meteorytów udokumentowano zmiany temperatury atmosfery. W 1924 roku Erwin Schrodinger, austriacki fizyk, laureat Nagrody Nobla, zasugerował, że”dźwięki o niskiej częstotliwości będą mniej absorbowane w atmosferze i w związku z tym będą refrakowane z powrotem na ziemię silniej niż dźwięki o wysokiej częstotliwości”.
warstwy, w których znajduje się nasz Ozon, są zazwyczaj cieplejsze z powodu wychwytywanego promieniowania słonecznego. Kiedy fala dźwiękowa uderza w cieplejszą warstwę, odbija się z powrotem w kierunku ziemi.
wiatr
wiatr odgrywa również ważną rolę w refrakcji fal dźwiękowych i ostatecznie na odległość, jaką pokonują. Wiatr poruszający się bezpośrednio w nadjeżdżającą falę dźwiękową sprawi, że będzie ona gwałtownie załamywać się w górę. Wiatr poruszający się w tym samym kierunku co fala dźwiękowa sprawi, że załamanie fali dźwiękowej będzie bardziej stopniowe. W górnej atmosferze silny wiatr poruszający się w kierunku fali popycha falę dalej i szybciej.
refrakcja fali dźwiękowej & wojna
przed erą nowoczesnej technologii dowódcy armii polegali na dźwięku, aby poprowadzić ich w procesie podejmowania decyzji wojskowych. Wielokrotnie, na ich niekorzyść, dowódcy podejmowali decyzje w oparciu o to, co usłyszeli. Wielu zostało złapanych w dźwiękowym cieniu Ziemi niczyjej. Pierwszy zarejestrowany efekt cienia dźwięku miał miejsce na morzu między wybrzeżami Anglii i Holandii. Przez cztery dni angielska Marynarka Wojenna walczyła z holenderską marynarką u wybrzeży Dunkierki podczas II wojny angielsko-holenderskiej. Historycy przypisują zwycięstwo większej holenderskiej Marynarce Wojennej. W czasie bitwy nieleczeni pasażerowie łodzi znajdujący się na morzu w strefie cienia gdzieś pomiędzy bitwą a wybrzeżem Anglii nie słyszeli bitwy. Z drugiej strony bitwa była słyszana w różnych miejscach w Anglii.
podczas I wojny światowej, 28 września 1914 roku niemiecka Artyleria rozpoczęła ostrzał belgijskiego miasta Antwerpia i fortyfikacji, które chroniły miasto. Akustyczna Strefa cienia rozpoczęła się około trzydziestu mil od artylerii, a zakończyła na około sześćdziesięciu milach. Po przekroczeniu 60 mil usłyszano Niemieckie bombardowanie artyleryjskie. Ludzie w promieniu 30-60 mil od artylerii nie mogli tego usłyszeć.
19 września 1862 roku generał Grant planował zaatakować konfederackiego generała Sterlinga Price ’ a w pobliżu małego miasteczka Iuka w stanie Missisipi. Plan zakładał, że generał major Unii William Rosecrans najpierw zaatakuje Price 'a, a następnie po usłyszeniu o bitwie Generał Major Granta Edward Ord przesunie swoje wojska, aby zapobiec wycofaniu się Price’ a. Ord miał zaatakować swoje oddziały po usłyszeniu odgłosów bitwy. Te dźwięki nigdy nie nadeszły. Ponieważ armia Rosecrana przez całe popołudnie walczyła z Konfederatami, ord i jego armia, znajdujący się w akustycznym cieniu, nigdy nie słyszeli odgłosów bitwy i ostatecznie nigdy nie zaatakowali. Price wycofał się i ostatecznie, na razie, uratował swoją armię.
generała Longstreeta (1821-1904)
pod Gettysburgiem 2 lipca 1863 roku Generał Lee wydał rozkaz generałowi porucznikowi Jamesowi Longstreetowi zaatakowania okrągłych szczytów-południowego krańca cmentarza. Szczyt wzgórza był praktycznie niezabezpieczony. Lee miał nadzieję, że jego armaty będą na okrągłych Szczytach, aby Konfederaci mogli bombardować oddziały Unii ogniem armatnim. Po usłyszeniu ataku Longstreeta, Generał Porucznik Richard Ewell miał zaatakować z lewej strony. Miał rozkazać swoim ludziom zaatakować, gdy tylko usłyszy ogień armatni Longstreeta. Nigdy nie słyszał armat Longstreeta. Ewell i jego armia znaleźli się w akustycznym cieniu. Tymczasem Generał Major Unii George Meade przesunął ludzi z prawej na lewą, aby powstrzymać natarcie Longstreeta.
„Waterloo”generała Lee
w 1865 roku Lee rozmieścił swoją armię pod miastem Petersburg. Lee słusznie domyślił się, że Grant będzie chciał zaatakować jego prawą flankę. Lee wysłał generała George 'a Picket’ a wraz z armią Północnej Wirginii, liczącą pięć tysięcy żołnierzy Konfederatów, do pięciu widełek, aby wykopali i przygotowali obronę. Lee zrozumiał potrzebę utrzymania tego obszaru w celu ochrony jego południowej kolei zaopatrzeniowej.
Grant wiedział o tym strategicznym znaczeniu i wysłał swojego generała dywizji Phillipa Sheridana, aby zaatakował lewą flankę Lee na pięciu widłach. Rankiem w dniu ataku konfederacki Generał Major Fitzhugh Lee zaprosił Picket 'a wraz z generałem majorem Thomasem Rosserem na ryby oddalone o dwie mile od linii frontu Picket’ a. Picket zapomniał mu powiedzieć, że odchodzi. Historycy spekulują, że nie powiedział mu o mężczyznach, którzy prawdopodobnie byli głodni i niedożywieni, ponieważ czuł się winny.
ciesząc się pieczonym szadem i alkoholem, Sheridan i jego dowódcy zaatakowali obronę Picket, ostatecznie dziesiątkując siły Picket i biorąc tysiące jeńców. Gdy bitwa szalała dwie mile od pieca rybnego, Picket i pozostali dowódcy nic nie słyszeli. Późnym popołudniem Picket postanowił wysłać kuriera, aby sprawdzić, co z jego ludźmi. Gdy kurier odjeżdżał w oddali, generałowie ku swemu przerażeniu mogli ujrzeć kuriera wziętego do niewoli przez nacierające oddziały Unii. Picket wskoczył na konia i pojechał do swoich ludzi, ale było już za późno.
Konfederaci ponieśli poważną klęskę, która przyspieszyłaby zbliżający się koniec wojny secesyjnej. Picket i jego dowódcy zostali złapani w akustycznym cieniu. Tego popołudnia, gdy generałowie myśleli, że delektują się spokojnym, spokojnym, relaksującym pieczeniem ryb, ich świat się zawalił.
testy Bomb atomowych
w 1951 roku rząd Stanów Zjednoczonych zdetonował bombę atomową 65 mil od Las Vegas. Test roztrzaskał okna w Las Vegas. Testerzy bomby odkryli, że fale dźwiękowe z bomby załamały się w górę iw dół sześć razy przed uderzeniem w Las Vegas. Fale zostały załamane w górę w atmosferze, a następnie załamane w dół z powrotem do powierzchni Ziemi co jedenaście Mil.
obliczanie prędkości dźwięku w różnych temperaturach
prędkość dźwięku przy 0 stopniach Celsjusza wynosi 331 m / s.dla każdego dodanego 1 stopnia Celsjusza prędkość dźwięku wzrasta. Oto wzór na obliczenie wzrostu prędkości:
C = (331 + 0.6T) m / s
C = nowa prędkość dźwięku
T = Temperatura powietrza w stopniach Celsjusza
aby obliczyć prędkość dźwięku w powietrzu w 30 stopniach:
C = (331 + 0.6 × 30) = 349 m/s
przy 30 stopniach Celsjusza prędkość dźwięku wynosi 349 m / s.
wniosek
kiedy inżynierowie środowiska chcą zminimalizować hałas przemysłowy dla otaczających społeczności, muszą wziąć pod uwagę koncepcję załamania fali dźwiękowej i jej akustycznego efektu cienia. Hałas przemysłowy na terenach bezpośrednio otaczających fabryki będzie większy w nocy niż w ciągu dnia.
spójrz na rafinerię ropy naftowej na zdjęciu poniżej. Okoliczna społeczność w ciągu dnia usłyszy niewiele dźwięków emitowanych przez stosy wysoko nad rafinerią. Fale dźwiękowe z tych źródeł ostatecznie załamują się w górę. Społeczności położone wiele kilometrów dalej będą tu hałasować. Jednak w nocy jest inna historia. Fale te zostaną odbite bezpośrednio na społeczności.
powiedzmy, że stos emituje falę dźwiękową 20 metrów nad ziemią. Inżynierowie muszą obliczyć kąt załamania światła, aby określić, w jaki sposób najlepiej zwalczyć to zjawisko i ostatecznie zredukować poziomy decybeli do otaczającej społeczności. W kolejnym artykule „Proposed Math for Refracting Sound Waves” zaproponujemy nową matematykę używaną do obliczania i kąta załamania (zginania) fal dźwiękowych. Jeszcze w tym roku zamierzamy przeprowadzić eksperyment podobny do tego przeprowadzonego przez Osborne ’ a Reynoldsa w 1800 roku. poszukaj tego artykułu we wrześniu 2015 roku.