denna artikel är skriven av Mike Bannon
blunda för ett ögonblick och låtsas att du picknick, under mid-afternoon, med familj och vänner i Central Park. Om en två fotbollsplaner bort kan du se en softball spel. Du kan se män och kvinnor jublande som bollspelare smack bollen och ras runt baserna. Du ser en spelare glida in i hemplattan och du ser domaren signalera honom. Du kan se all denna åtgärd, men du kan inte höra den.
senare den kvällen när temperaturen svalnar och andra softballlag spelar under lamporna kan du se och höra allt tydligt. Varför är det så? Kan det vara, under dagen, du var belägen i en akustisk skugga?
under dagen värmer solen upp jordens yta och värmer luften nära marken. Ljudet färdas snabbare i varmare luft. Så ljudet färdas snabbare i luften nära marken. Det omvända händer på natten. På natten svalnar marken snabbt. Den högre luften är varmare än luften nära marken. Under dagen färdas ljudet snabbare nära marken. Detta gör att ljudvågen bryts uppåt. På natten händer det motsatta. Ljudet längre från marken färdas snabbare på natten vilket gör att ljudvågen bryts tillbaka mot jorden.
på 1800-talet utförde Osborne Reynolds det första ljudvågsbrytningsinspelade testet. Han placerade en ringande klocka, en fot ovanför marken och kröp tjugo meter. Han var tvungen att lyfta huvudet för att höra det ringande ljudet. Han kröp sedan sjuttio meter och var tvungen att stå innan han kunde höra det ringande ljudet.
2001 publicerade Charles D. Ross en bok som heter Civil War Acoustic Shadows. I den här artikeln kommer vi att utforska fenomenet ljudvågsbrytning och hur det relaterar till ljudet av krig bildandet av akustiska skuggor.
nedåtgående Ljudvågsbrytning
i början av 20-talet, med hjälp av luftballonger, började forskare lära sig mer om vår atmosfär och dess olika lager. År 1923 dokumenterades temperaturförändringar i atmosfären när man studerade meteorer. 1924 Erwin Schrodinger, en Nobelprisvinnande österrikisk fysiker, föreslog att”lågfrekventa ljud skulle absorberas mindre i atmosfären och därför brytas tillbaka till jorden starkare än högfrekventa ljud”.
lagren som rymmer vårt Ozon tenderar att vara varmare på grund av den fångade strålningen från solen. När ljudvågen träffar detta varmare lager bryts det tillbaka mot jorden.
vind
vind spelar också en viktig roll i brytningen av ljudvågor och i slutändan på Avståndet de reser. Vind som reser direkt in i en mötande ljudvåg gör att den bryts uppåt mer kraftigt. Vind som reser i samma riktning som en ljudvåg kommer att göra ljudvågens brytning mer gradvis. I den övre atmosfären kommer en stark vind som reser i vågens riktning att driva vågen längre och snabbare.
ljudvåg brytning & krig
innan en ålder av modern teknik army commanders förlitat sig på ljudet av att vägleda dem med deras militära beslutsprocessen. Många gånger, till deras nackdel, fattade befälhavare beslut baserat på vad de hörde. Många fångades i ljudskuggan ingenmansland. Den första inspelade ljudskuggeffekten hände till sjöss mellan Englands och Hollands kuster. Under fyra dagar kämpade den engelska flottan den nederländska flottan utanför Dunkirks kust under andra Anglo-holländska kriget. Historiker krediterar den större nederländska flottan med segern. Under striden hörde icke-stridande båtpassagerare till sjöss i en skuggzon någonstans mellan striden och Englands kust inte striden. Å andra sidan hördes striden på olika platser i England.
under första världskriget, den 28 September 1914, började det tyska artilleriet beskjuta den belgiska staden Antwerpen och befästningarna som skyddade staden. Den akustiska skuggzonen började ungefär trettio mil från artilleriet och slutade ungefär sextio mil bort. Efter sextio mil märket hördes det tyska artilleribombardemanget. Folket inom trettio till sextio mils radie av Artilleriet kunde inte höra det.
den 19 September 1862 planerade General Grant att attackera Confederate Major General Sterling Price nära den lilla staden Iuka, Mississippi. Planen var att unionens Generalmajor William Rosecrans skulle attackera Price först och sedan efter att ha hört striden Grants generalmajor Edward Ord skulle flytta in sina trupper för att förhindra att Price drog sig tillbaka. Ord skulle engagera sina trupper efter att ha hört ljudet av strid. Dessa ljud kom aldrig. Som Rosecrans army engagerade sig i strid med de konfedererade hela eftermiddagen, Ord och hans army, belägen i en akustisk skugga, hörde aldrig slaget ljud och slutligen aldrig attackerade. Price drog sig tillbaka och slutligen räddade han för tillfället sin arm.
General Longstreet (1821-1904)
vid Gettysburg 2 juli 1863 utfärdar General Lee ett kommando för generallöjtnant James Longstreet att attackera de runda topparna – södra änden av cemetery ridge. Bergstoppen var praktiskt taget obesvarad. Lee hoppades få sina kanoner till de runda topparna så att de konfedererade kunde bombardera unionens trupper med kanoneld. Efter att ha hört Longstreets attack skulle generallöjtnant Richard Ewell attackera från vänster. Han skulle beordra sina män att attackera så snart han hörde Longstreets spärr av kanoneld. Han hörde aldrig Longstreets kanoner. Ewell och hans här befann sig i en akustisk skugga. Under tiden flyttade unionens Generalmajor George Meade män från höger till vänster för att stoppa Longstreets framsteg.
General Lees ”Waterloo”
1865 hade Lee Sin här belägen utanför staden Petersburg Virginia. Lee gissade korrekt att Grant skulle se ut för att attackera sin högra flank. Lee skickade General George Picket med army of northern Virginia, fem tusen konfedererade soldater, ner till fem gafflar för att gräva in och sätta upp smuts och träförsvar. Lee förstod behovet av att hålla detta område för att skydda sin södra försörjningsjärnväg öppen.
Grant visste denna strategiska betydelse och skickade sin fackliga generalmajor Phillip Sheridan för att attackera Lees vänstra flank vid Five Forks. På morgonen av attacken, förbunds generalmajor Fitzhugh Lee bjöd Picket tillsammans med generalmajor Thomas Rosser till en fisk baka två miles away från Picket frontlinjen. Picket försummade att berätta för honom män att han lämnade. Historiker spekulerar i att han inte berättade för honom män, som förmodligen var hungriga och undernärda, för att han kände sig skyldig.
medan du njuter av bakad shad och lite alkohol, Sheridan och hans befälhavare angrep pickets försvar i slutändan decimerar pickets styrkor och tar tusentals fångar. När striden rasade två mil från fish bake hörde Picket och de andra befälhavarna ingenting. Sent på eftermiddagen beslutade Picket att skicka en kurir för att kolla på sina män. När kuriren åkte iväg på avstånd kunde generalerna, till sin skräck, se sin kurir fångad av de framväxande fackliga trupperna. Picket hoppade på sin häst och red till sina män men det var för sent.
de konfedererade led ett stort nederlag — ett som skulle påskynda det kommande slutet av inbördeskriget. Picket och hans befälhavare fångades i en akustisk skugga. Den eftermiddagen medan generalerna trodde att de njöt av en lugn händelselös avkopplande fiskbakning, kollapsade deras värld.
kärnvapenprov
1951 detonerade USA: s regering en atombomb sextiofem mil från Las Vegas. Testet krossade fönster i Las Vegas. Bombtestarna upptäckte att ljudvågorna från bomben bryts uppåt och nedåt sex gånger innan de träffade Las Vegas. Vågorna bryts uppåt i atmosfären och bryts sedan nedåt tillbaka till jordens yta var elva mil.
beräkning av ljudhastighet i olika temperaturer
ljudets hastighet vid 0 grader Celsius är 331 m/s. för varje 1 grad Celsius tillsatt ljudets hastighet ökar. Här är formeln för beräkning av hastighetsökningen:
C = (331 + 0.6T)m/s
C = den nya ljudets hastighet
T = lufttemperaturen i grader Celsius
för att beräkna ljudets hastighet i luft vid 30 grader:
C = (331 + 0.6 × 30) = 349 m / s
vid 30 grader Celsius är ljudets hastighet 349 m / s.
slutsats
när miljöingenjörer ser till att minimera industriellt buller till omgivande samhällen måste de överväga begreppet ljudvågsbrytning och dess akustiska skuggeffekt. Industriellt buller, i områden som omedelbart omger fabrikerna, kommer att vara större på natten än under dagen.
ta en titt på oljeraffinaderiet på bilden nedan. Det omgivande samhället kommer att höra lite av ljuden från staplarna högt över raffinaderiet under dagen. Ljudvågorna från dessa källor kommer ultimata bryta uppåt. Gemenskaper som ligger många kilometer bort kommer här Detta ljud. Men under natten är en annan historia. Dessa vågor kommer att brytas direkt på samhället.
låt oss säga att en stapel avger ljudvåg 20 meter över marken. Ingenjörer måste beräkna brytningsvinkeln för att bestämma hur man bäst kan bekämpa detta fenomen och i slutändan minska decibelnivåerna till omgivande samhälle. I en uppföljningsartikel, ”föreslagen matematik för brytning av ljudvågor”, kommer vi att föreslå ny matematik som används för att beräkna och vinkeln för brytning (böjning) av ljudvågor. Senare i år har vi också för avsikt att genomföra ett experiment som liknar det som utfördes av Osborne Reynolds på 1800-talet. leta efter den här artikeln någon gång i September 2015.