Questo articolo è stato scritto da Mike Bannon
Chiudi gli occhi per un momento e fai finta di fare un picnic, durante il pomeriggio, con la famiglia e gli amici a Central Park. A proposito di un due campi di calcio di distanza si può vedere una partita di softball. È possibile vedere gli uomini e le donne tifo come ballplayers smack la palla e corsa intorno alle basi. Si vede un giocatore scivolare nel piatto di casa e si guarda l’arbitro lo segnale fuori. Puoi vedere tutta questa azione, ma non puoi sentirla.
Più tardi quella notte, come la temperatura si raffredda e altre squadre di softball stanno giocando sotto le luci si può vedere e sentire tutto chiaramente. Perché è così? Potrebbe essere, durante il giorno, che eri situato in un’ombra acustica?
Durante il giorno il sole riscalda la superficie terrestre, riscaldando l’aria vicino al suolo. Il suono viaggia più velocemente nell’aria più calda. Quindi il suono viaggia più velocemente nell’aria vicino al suolo. Il contrario accade di notte. Di notte il terreno si raffredda rapidamente. L’aria più alta è più calda dell’aria vicino al suolo. Durante il giorno il suono viaggia più velocemente vicino al suolo. Ciò causa la rifrazione dell’onda sonora verso l’alto. Di notte succede il contrario. Il suono più lontano dal suolo viaggia più velocemente di notte causando l’onda sonora a rifrangersi verso la terra.
Nel 1800 Osborne Reynolds eseguì il primo test di rifrazione delle onde sonore registrato. Posò una campana che suonava, a un piede dal suolo, e strisciò per venti metri. Ha dovuto alzare la testa per sentire il suono squillante. Ha poi strisciato settanta metri e ha dovuto stare in piedi prima di poter sentire il suono squillante.
Nel 2001 Charles D. Ross ha pubblicato un libro intitolato Civil War Acoustic Shadows. In questo articolo ci accingiamo a esplorare il fenomeno della rifrazione delle onde sonore e come si riferisce ai suoni di guerra la formazione di ombre acustiche.
Rifrazione dell’onda sonora verso il basso
All’inizio del 20 ° secolo, con l’uso di mongolfiere, gli scienziati hanno iniziato a saperne di più sulla nostra atmosfera e sui suoi diversi strati. Nel 1923 i cambiamenti di temperatura atmosferica furono documentati mentre studiavano le meteore. Nel 1924 Erwin Schrodinger, un fisico austriaco vincitore del premio Nobel, suggerì che “i suoni a bassa frequenza sarebbero stati assorbiti meno nell’atmosfera e sarebbero quindi stati rifratti sulla terra più fortemente dei suoni ad alta frequenza”.
Gli strati che ospitano il nostro ozono tendono ad essere più caldi a causa della radiazione catturata dal sole. Quando l’onda sonora colpisce questo strato più caldo, viene rifratta verso la terra.
Vento
Il vento svolge anche un ruolo importante nella rifrazione delle onde sonore e, in definitiva, sulla distanza percorsa. Il vento che viaggia direttamente in un’onda sonora in arrivo lo farà rifrangere verso l’alto più bruscamente. Il vento che viaggia nella stessa direzione di un’onda sonora renderà la rifrazione dell’onda sonora più graduale. Nell’atmosfera superiore un forte vento che viaggia nella direzione dell’onda spingerà l’onda più lontano e più velocemente.
Rifrazione delle onde sonore &Guerra
Prima dell’era della tecnologia moderna i comandanti dell’esercito si affidavano a sound of per guidarli nel processo decisionale militare. Molte volte, a loro discapito, i comandanti prendevano decisioni in base a ciò che stavano ascoltando. Molti sono stati catturati nel suono ombra terra di nessuno. Il primo effetto ombra sonora registrato è avvenuto in mare tra le coste dell’Inghilterra e dell’Olanda. Per quattro giorni la Marina inglese ha combattuto la Marina olandese al largo della costa di Dunkerque durante la seconda guerra anglo-olandese. Gli storici accreditano la più grande marina olandese con la vittoria. Durante la battaglia, i passeggeri in barca non combattenti situati in mare in una zona d’ombra da qualche parte tra la battaglia e la costa dell’Inghilterra non sentirono la battaglia. D’altra parte la battaglia è stata ascoltata in varie località in Inghilterra.
Durante la prima guerra mondiale, il 28 settembre 1914, l’artiglieria tedesca iniziò a bombardare la città belga di Anversa e le fortificazioni che proteggevano la città. La zona d’ombra acustica è iniziata a circa trenta miglia dall’artiglieria e si è conclusa a circa sessanta miglia di distanza. Dopo il marchio di sessanta miglia, si udì il bombardamento dell’artiglieria tedesca. Le persone nel raggio di trenta-sessanta miglia dell’artiglieria non potevano sentirlo.
Il 19 settembre 1862 il generale Grant pianificò di attaccare il maggiore generale confederato Sterling Price vicino alla piccola città di Iuka, Mississippi. Il piano era per l’Unione Maggiore generale William Rosecrans per attaccare Price prima e poi dopo aver sentito la battaglia di Grant maggiore generale Edward Ord avrebbe spostato le sue truppe in per impedire a Price di ritirarsi. Ord doveva ingaggiare le sue truppe dopo aver sentito i suoni della battaglia. Quei suoni non sono mai arrivati. Mentre l’esercito di Rosecran si impegnava in battaglia con i confederati per tutto il pomeriggio, Ord e il suo esercito, situati in un’ombra acustica, non sentirono mai i suoni della battaglia e alla fine non attaccarono mai. Price si ritirò e alla fine, per il momento, salvò il suo esercito.
Generale Longstreet (1821-1904)
A Gettysburg il 2 luglio 1863 il generale Lee impartisce un comando al tenente generale James Longstreet per attaccare le cime rotonde – l’estremità sud di cemetery ridge. La cima della collina era praticamente indifesa. Lee sperava di portare i suoi cannoni alle cime rotonde in modo che i confederati potessero bombardare le truppe dell’unione con il fuoco dei cannoni. Dopo aver sentito l’attacco di Longstreet, il tenente generale Richard Ewell doveva attaccare da sinistra. Doveva ordinare ai suoi uomini di attaccare non appena avesse sentito il fuoco di cannone di Longstreet. Non ha mai sentito i cannoni di Longstreet. Ewell e il suo esercito si trovarono in un’ombra acustica. Nel frattempo, il maggiore generale dell’Unione George Meade spostò gli uomini dalla sua destra alla sua sinistra per fermare l’avanzata di Longstreet.
“Waterloo”del generale Lee
Nel 1865 Lee aveva il suo esercito situato fuori dalla città di Petersburg Virginia. Lee indovinò correttamente che Grant avrebbe cercato di attaccare il suo fianco destro. Lee mandò il generale George Picket con l’esercito della Virginia settentrionale, cinquemila soldati confederati, fino a Cinque Forche per scavare e creare difese di terra e legno. Lee ha capito la necessità di tenere questa zona al fine di proteggere la sua southern supply railroad aperto.
Grant conosceva questa importanza strategica e mandò il suo maggiore generale dell’Unione Phillip Sheridan ad attaccare il fianco sinistro di Lee alle Five Forks. La mattina dell’attacco, il maggiore generale confederato Fitzhugh Lee invitò Picket insieme al maggiore generale Thomas Rosser a una cottura di pesce a due miglia di distanza dalla linea del fronte di Picket. Picket ha trascurato di dirgli uomini che stava andando via. Gli storici ipotizzano che non gli abbia detto uomini, che probabilmente erano affamati e malnutriti, perché si sentiva in colpa.
Mentre si godeva shad al forno e un po ‘ di alcol, Sheridan e i suoi comandanti assaltarono le difese di Picket decimando le forze di Picket e prendendo migliaia di prigionieri. Mentre la battaglia infuriava a due miglia dalla cottura del pesce, Picket e gli altri comandanti non sentirono nulla. Nel tardo pomeriggio, Picket ha deciso di inviare un corriere per controllare i suoi uomini. Mentre il corriere si allontanava in lontananza, i generali, con loro orrore, potevano vedere il loro corriere fatto prigioniero dalle truppe dell’unione che avanzavano. Picket saltò sul suo cavallo e cavalcò verso i suoi uomini, ma era troppo tardi.
I confederati subirono una grave sconfitta, che avrebbe accelerato la fine della guerra civile. Picket e i suoi comandanti sono stati catturati in un’ombra acustica. Quel pomeriggio, mentre i generali pensavano che stavano godendo di una tranquilla senza eventi rilassante pesce cuocere, il loro mondo stava crollando.
Test nucleari
Nel 1951 il governo degli Stati Uniti fece esplodere una bomba nucleare a sessantacinque miglia di distanza da Las Vegas. Il test ha frantumato le finestre a Las Vegas. I tester bomba scoperto che le onde sonore dalla bomba rifratta verso l’alto e verso il basso sei volte prima di colpire il Las Vegas. Le onde venivano rifratte verso l’alto nell’atmosfera e poi rifratte verso il basso fino alla superficie terrestre ogni undici miglia.
Calcolo della velocità del suono in diverse temperature
La velocità del suono a 0 gradi Celsius è 331 m/s. Per ogni 1 grado Celsius aggiunto la velocità del suono aumenta. Ecco la formula per calcolare l’aumento della velocità:
C = (331 + 0.6T)m/s
C = velocità del suono
T = temperatura dell’aria in gradi Celsius
calcolare la velocità del suono in aria a 30 gradi:
C = (331 + 0.6 × 30) = 349 m/s
A 30 gradi Celsius, la velocità del suono è di 349 m/s.
Conclusione
Quando ingegneri ambientali cercare di ridurre al minimo il rumore industriale per le comunità circostanti devono considerare il concetto di onda sonora, la rifrazione e la sua ombra acustica effetto. Il rumore industriale, nelle aree immediatamente circostanti le fabbriche, sarà maggiore di notte che durante il giorno.
Dai un’occhiata alla raffineria di petrolio nella foto qui sotto. La comunità circostante sentirà poco dei suoni emessi dalle pile in alto sopra la raffineria durante il giorno. Le onde sonore da queste fonti saranno ultima rifrangono verso l’alto. Le comunità situate a molti chilometri di distanza saranno qui questo rumore. Tuttavia, durante la notte è una storia diversa. Queste onde saranno rifratte direttamente sulla comunità.
Diciamo che una pila emette un’onda sonora a 20 metri dal suolo. Gli ingegneri devono calcolare l’angolo di rifrazione per determinare come combattere al meglio questi fenomeni e, infine, ridurre i livelli di decibel alla comunità circostante. In un articolo di follow-up, “Proposed Math for Refracting Sound Waves”, proporremo una nuova matematica utilizzata per calcolare l’angolo di rifrazione (flessione) delle onde sonore. Entro la fine dell’anno, abbiamo anche intenzione di condurre un esperimento simile a quello eseguito da Osborne Reynolds nel 1800. Cercare questo articolo a volte nel mese di settembre, 2015.