Embed Size (px)
Citation preview
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Školskaacute fyzika 20131 Přetiskujeme
1
Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične IIJuraj Slabeycius1 Pedagogickaacute fakulta Katoliacuteckej univerzity v Ružomberku
Člaacutenek přetiskujeme ze sborniacuteku Naacuterodneacuteho festivalu fyziky 2011 Tvorivyacute učiteľ fyziky IV httpsfssavsksmoleniceindexhtm kteryacute se konal ve Smoleniciacutech 12 ndash 15 4 2011 Ve sborniacuteku se originaacutel člaacutenku nachaacuteziacute na stranaacutech 205ndash2152 V tomto čiacutesle časopisu Školskaacute fyzika naleznete dokončeniacute člaacutenku prvniacute čaacutest vyšla v čiacutesle předchoziacutem
7 Akustika moriacute a oceaacutenovVenujme sa teraz šiacutereniu zvuku v kvapalnom prostrediacute Je to predmetom skuacutemania akustiky moriacute a oceaacutenov často nazyacutevanej aj hydroakustikou Zvuk sa šiacuteri v kvapaline ryacutechlosťou
c K=
ρ kde K je modul objemovej pružnosti kvapaliny a ρ je jej hustota [1] Obe veličiny zaacutevisia od teploty tlaku a che-mickeacuteho zloženia danej kvapaliny V priacutepade moriacute a oceaacutenov od množstva rozpustenyacutech soliacute tzv salinity vody Pri normaacutelnych podmienkach je ryacutechlosť zvuku v slanej vode okolo 1 450 m
s v sladkej 1 500 ms [7]
Teplota vody v jazeraacutech resp v moriach a oceaacutenoch je vo veľkyacutech hĺbkach prakticky staacutela a maacute hodnotu okolo 4 degC v sladkej vode resp 3 degC v slanej vode Na povrchu teplota zaacutevisiacute od zemepisnej šiacuterky a ročnej doby napriacuteklad v Perzskom zaacutelive až 36 degC zatiaľ čo v polaacuternych oblastiach len ndash 2 degC Typickyacute priebeh teploty vody v oceaacutene ukazuje obr 8 V hĺbke niekoľko sto metrov dochaacutedza k prudkeacutemu poklesu teploty vody (teplotnyacute skok tzv thermocline) a ďalej do hĺbky teplota rovnomerne pomaly klesaacute Salinita vody sa z hĺbkou prakticky nemeniacute vyacuterazneacute rozdiely suacute len v zaacutelivoch kam uacutestia mohutneacute rieky ndash povrchoveacute vrstvy suacute sladkeacute pod nimi je vrstva slanej morskej vody Tlak v oceaacutene rastie rovnomerne s hĺbkou podľa vzťahu p p g h= + sdot sdot0 ρ
1 jurajslabeyciuskusk2 httpsfssavsksmolenicepdf_1130_Slabeyciuspdf
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične I
Školskaacute fyzika 20131 Přetiskujeme
23
Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične IIJuraj Slabeycius1 Pedagogickaacute fakulta Katoliacuteckej univerzity v Ružomberku
Člaacutenek přetiskujeme ze sborniacuteku Naacuterodneacuteho festivalu fyziky 2011 Tvorivyacute učiteľ fyziky IV httpsfssavsksmoleniceindexhtm kteryacute se konal ve Smoleniciacutech 12 ndash 15 4 2011 Ve sborniacuteku se originaacutel člaacutenku nachaacuteziacute na stranaacutech 205ndash2152 V tomto čiacutesle časopisu Školskaacute fyzika naleznete dokončeniacute člaacutenku prvniacute čaacutest vyšla v čiacutesle předchoziacutem
7ensp Akustika moriacute a oceaacutenovVenujme sa teraz šiacutereniu zvuku v kvapalnom prostrediacute Je to predmetom skuacutemania akustiky moriacute a oceaacutenov často nazyacutevanej aj hydroakustikou Zvuk sa šiacuteri v kvapaline ryacutechlosťou
c K=
ρ kde K je modul objemovej pružnosti kvapaliny a ρ je jej hustota [1] Obe veličiny zaacutevisia od teploty tlaku
a chemickeacuteho zloženia danej kvapaliny V priacutepade moriacute a oceaacutenov od množstva rozpustenyacutech soliacute tzv salinity vody Pri normaacutelnych podmienkach je ryacutechlosť zvuku v slanej vode okolo 1450 m
s v sladkej 1500 ms [7]
Teplota vody v jazeraacutech resp v moriach a oceaacutenoch je vo veľkyacutech hĺbkach prakticky staacutela a maacute hodnotu okolo 4 degC v sladkej vode resp 3 degC v slanej vode Na povrchu teplota zaacutevisiacute od zemepisnej šiacuterky a ročnej doby napr v Perzskom zaacutelive až 36 degC zatiaľ čo v polaacuternych oblastiach len ndash 2 degC Typickyacute priebeh teploty vody v oceaacutene ukazuje Obr 7 V hĺbke niekoľko sto metrov dochaacutedza k prudkeacutemu poklesu teploty vody (teplotnyacute skok tzv thermocline) a ďalej do hĺbky teplota rovnomerne pomaly klesaacute Salinita vody sa z hĺbkou prakticky nemeniacute vyacute-razneacute rozdiely suacute len v zaacutelivoch kam uacutestia mohutneacute rieky ndash povrchoveacute vrstvy suacute sladkeacute pod nimi je vrstva slanej morskej vody Tlak v oceaacutene rastie rovnomerne s hĺbkou podľa vzťahu p p gh= +0 ρ
1 jurajslabeyciuskusk2 httpsfssavsksmolenicepdf_1130_Slabeyciuspdf
0 4 8 12 16 20 24 tdegC0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500hm Obr7 ndash Zaacutevislosť teploty oceaacutenu od hĺbky Podľa [8]
Obr8 ndash Typickaacute zaacutevislosť ryacutechlosti zvuku v oceaacutene od hĺbky Podľa [9]
hkm
0
05
1
15
2
25
3
35
4
45
5
55
1480 1500 1520 1540 cms
Obr 8 ndash Zaacutevislosť teploty oceaacutenu od hĺbky Podľa [8]Obr 9 ndash Typickaacute zaacutevislosť ryacutechlosti zvuku v oceaacutene od hĺbky Podľa [9]
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Přetiskujeme Školskaacute fyzika 20131
2
Vplyv jednotlivyacutech parametrov prostredia na ryacutechlosť zvuku vo vode vedie k typickeacutemu priebehu zaacutevislosti ryacutechlosti od hĺbky (obr 9) Ryacutechlosť maacute v istej hĺbke minimum Pri vhodnyacutech meteorologickyacutech podmienkach možno pozorovať inyacute typ zaacutevislosti ndash ryacutechlosť zvuku od hladiny najprv rastie v hĺbke niekoľko desiatok metrov maacute maximum potom klesaacute k minimu v hĺbke niekoľko sto metrov a smerom ku dnu monotoacutenne rastie
8 Šiacuterenie zvuku v oceaacuteneVyšetrime teraz šiacuterenie zvuku v oceaacutene Predpokladajme zaacutevislosť ryacutechlosti zvuku v oceaacutene od hĺbky podľa obr 10 Suacuteradnica z je orientovanaacute kolmo dole pričom hodnote z = 0 zodpovedaacute hladina oceaacutenu V oblasti 0 lt z lt z0 ryacutech-losť zvuku klesaacute v hĺbke z = z0 nadobuacuteda minimum a v oblasti z gt z0 stuacutepa Zvukoveacute luacuteče vychaacutedzajuacutece zo zdroja pod morskou hladinou sa buduacute odklaacuteňať na stranu menšej ryacutechlosti zvuku tj v oblasti 0 lt z lt z0 buduacute zakriveneacute nadol v oblasti z gt z0 sa zakrivia nahor (obr 10) Vyacutesledkom je že sa zvuk s podvodneacuteho zdroja šiacuteri len v uacutezkej oblasti okolo roviny z = z0 Hovoriacuteme že zvuk sa šiacuteri podmorskyacutem zvukovyacutem kanaacutelom
Pomerne jednoducho sa daacute spočiacutetať akyacute maximaacutelny uhol s vodorovnou rovinou mocircže zvierať zvukovyacute luacuteč aby nedopadol na hladinu oceaacutenu resp akyacute maximaacutelny zaacutepornyacute uhol aby sa nepohltil na dne Všetky luacuteče ktoreacute vychaacutedzajuacute zo zdroja v tomto intervale uhlov buduacute oscilovať okolo osi zvukoveacuteho kanaacutela a intenzita zvuku v takomto kanaacuteli bude klesať nepriamo uacutemerne vzdialenosti od zdroja to znamenaacute že bude slabnuacuteť podstatne po-malšie ako keby sa zvuk šiacuteril do celeacuteho priestoru Napr vo vzdialenosti 1 000 km od zdroja bude zvuk 1 000 kraacutet slabšiacute ako vo vzdialenosti 1 km zatiaľ čo pri šiacutereniacute zvuku do všetkyacutech smerov (sfeacuterickaacute vlna) by bol zvuk vo vzdialenosti 1 000 km zoslabenyacute milioacutennaacutesobne Hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel v oceaacutene objavili nezaacutevisle na sebe Leonid Brechovskich a Maurice Ewing [11]
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične I
Přetiskujeme Školskaacute fyzika 20131
24
Vplyv jednotlivyacutech parametrov prostredia na ryacutechlosť zvuku vo vode vedie k typickeacutemu priebehu zaacutevislosti ryacutechlosti od hĺbky (Obr 8) Ryacutechlosť maacute v istej hĺbke minimum Pri vhodnyacutech meteorologickyacutech podmienkach možno pozorovať inyacute typ zaacutevislosti ndash ryacutechlosť zvuku od hladiny najprv rastie v hĺbke niekoľko desiatok metrov maacute maximum potom klesaacute k minimu v hĺbke niekoľko sto metrov a smerom ku dnu monotoacutenne rastie
8ensp Šiacuterenie zvuku v oceaacuteneVyšetrime teraz šiacuterenie zvuku v oceaacutene Predpokladajme zaacutevislosť ryacutechlosti zvuku v oceaacutene od hĺbky podľa Obr 9 Suacuteradnica z je orientovanaacute kolmo dole pričom hodnote z = 0 zodpovedaacute hladina oceaacutenu V oblasti 0 lt z lt z0 ryacutech-losť zvuku klesaacute v hĺbke z = z0 nadobuacuteda minimum a v oblasti z gt z0 stuacutepa Zvukoveacute luacuteče vychaacutedzajuacutece zo zdroja pod morskou hladinou sa buduacute odklaacuteňať na stranu menšej ryacutechlosti zvuku tj v oblasti 0 lt z lt z0 buduacute zakriveneacute nadol v oblasti z gt z0 sa zakrivia nahor (Obr 9) Vyacutesledkom je že sa zvuk s podvodneacuteho zdroja šiacuteri len v uacutezkej oblasti okolo roviny z = z0 Hovoriacuteme že zvuk sa šiacuteri podmorskyacutem zvukovyacutem kanaacutelom
Pomerne jednoducho sa daacute spočiacutetať akyacute maximaacutelny uhol s vodorovnou rovinou mocircže zvierať zvukovyacute luacuteč aby nedopadol na hladinu oceaacutenu resp akyacute maximaacutelny zaacutepornyacute uhol aby sa nepohltil na dne Všetky luacuteče ktoreacute vychaacutedzajuacute zo zdroja v tomto intervale uhlov buduacute oscilovať okolo osi zvukoveacuteho kanaacutela a intenzita zvuku v takomto kanaacuteli bude klesať nepriamo uacutemerne vzdialenosti od zdroja to znamenaacute že bude slabnuacuteť podstatne pomalšie ako keby sa zvuk šiacuteril do celeacuteho priestoru Napr vo vzdialenosti 1000 km od zdroja bude zvuk 1000 kraacutet slabšiacute ako vo vzdialenosti 1 km zatiaľ čo pri šiacutereniacute zvuku do všetkyacutech smerov (sfeacuterickaacute vlna) by bol zvuk vo vzdialenosti 1000 km zoslabenyacute milioacuten naacutesobne Hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel v oceaacutene objavili nezaacutevisle na sebe Leonid Brechovskich a Maurice Ewing [11]
vzdialenosť
hĺbk
a
dnodno
z = 0
z = z0
z = 0
z = z0
Obr 9 ndash Hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel Podľa [10]
Obr 10 ndash Povrchovyacute zvukovyacute kanaacutel Podľa [10]
0 2 4 6 8 10 12 140
20
40
60
80
hm
0
20
40
60
80
1500 1520 1540 1560
hm
dkm
cms
0deg3deg ndash1deg
ndash15deg ndash176deg ndash176deg
ndash2degndash3deg
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične I
Přetiskujeme Školskaacute fyzika 20131
24
Vplyv jednotlivyacutech parametrov prostredia na ryacutechlosť zvuku vo vode vedie k typickeacutemu priebehu zaacutevislosti ryacutechlosti od hĺbky (Obr 8) Ryacutechlosť maacute v istej hĺbke minimum Pri vhodnyacutech meteorologickyacutech podmienkach možno pozorovať inyacute typ zaacutevislosti ndash ryacutechlosť zvuku od hladiny najprv rastie v hĺbke niekoľko desiatok metrov maacute maximum potom klesaacute k minimu v hĺbke niekoľko sto metrov a smerom ku dnu monotoacutenne rastie
8ensp Šiacuterenie zvuku v oceaacuteneVyšetrime teraz šiacuterenie zvuku v oceaacutene Predpokladajme zaacutevislosť ryacutechlosti zvuku v oceaacutene od hĺbky podľa Obr 9 Suacuteradnica z je orientovanaacute kolmo dole pričom hodnote z = 0 zodpovedaacute hladina oceaacutenu V oblasti 0 lt z lt z0 ryacutech-losť zvuku klesaacute v hĺbke z = z0 nadobuacuteda minimum a v oblasti z gt z0 stuacutepa Zvukoveacute luacuteče vychaacutedzajuacutece zo zdroja pod morskou hladinou sa buduacute odklaacuteňať na stranu menšej ryacutechlosti zvuku tj v oblasti 0 lt z lt z0 buduacute zakriveneacute nadol v oblasti z gt z0 sa zakrivia nahor (Obr 9) Vyacutesledkom je že sa zvuk s podvodneacuteho zdroja šiacuteri len v uacutezkej oblasti okolo roviny z = z0 Hovoriacuteme že zvuk sa šiacuteri podmorskyacutem zvukovyacutem kanaacutelom
Pomerne jednoducho sa daacute spočiacutetať akyacute maximaacutelny uhol s vodorovnou rovinou mocircže zvierať zvukovyacute luacuteč aby nedopadol na hladinu oceaacutenu resp akyacute maximaacutelny zaacutepornyacute uhol aby sa nepohltil na dne Všetky luacuteče ktoreacute vychaacutedzajuacute zo zdroja v tomto intervale uhlov buduacute oscilovať okolo osi zvukoveacuteho kanaacutela a intenzita zvuku v takomto kanaacuteli bude klesať nepriamo uacutemerne vzdialenosti od zdroja to znamenaacute že bude slabnuacuteť podstatne pomalšie ako keby sa zvuk šiacuteril do celeacuteho priestoru Napr vo vzdialenosti 1000 km od zdroja bude zvuk 1000 kraacutet slabšiacute ako vo vzdialenosti 1 km zatiaľ čo pri šiacutereniacute zvuku do všetkyacutech smerov (sfeacuterickaacute vlna) by bol zvuk vo vzdialenosti 1000 km zoslabenyacute milioacuten naacutesobne Hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel v oceaacutene objavili nezaacutevisle na sebe Leonid Brechovskich a Maurice Ewing [11]
vzdialenosť
hĺbk
a
dnodno
z = 0
z = z0
z = 0
z = z0
Obr 9 ndash Hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel Podľa [10]
Obr 10 ndash Povrchovyacute zvukovyacute kanaacutel Podľa [10]
0 2 4 6 8 10 12 140
20
40
60
80
hm
0
20
40
60
80
1500 1520 1540 1560
hm
dkm
cms
0deg3deg ndash1deg
ndash15deg ndash176deg ndash176deg
ndash2degndash3deg
Obr 10 ndash Hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel Podľa [10]
Obr 11 ndash Povrchovyacute zvukovyacute kanaacutel Podľa [10]
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Školskaacute fyzika 20131 Přetiskujeme
3
Ďalšiacutem docircležityacutem priacutepadom je situaacutecia keď v podpovrchovej vrstve ryacutechlosť zvuku s hĺbkou rastie (obr 11) Na obraacutezku je zobrazenyacute priacutepad keď ryacutechlosť zvuku dosahuje maximaacutelnu hodnotu v hĺbke 60 m nad touto vyacuteškou sa zvukoveacute luacuteče ohyacutebajuacute nahor a odraacutežajuacute sa od vodnej hladiny spaumlť do oceaacutenu Pre zdroj v hĺbke 30 m suacute vypočiacutetaneacute trajektoacuterie luacutečov s počiatočnyacutem sklonom k povrchu oceaacutenu 3 deg 0 deg ndash1 deg ndash15 deg ndash2 deg a ndash3 deg Mierka obraacutezku vo zvislom a vodorovnom smere je rocirczna skutočneacute trajektoacuterie luacutečov suacute oveľa plytšie Napr luacuteč vychaacuted-zajuacuteci vodorovne zo zdroja sa odraacuteža od hladiny mora každyacutech 2 250 m klesaacute do hĺbky 30 m Luacuteč s počiatočnyacutem sklonom ndash176 deg je hraničnyacutem luacutečom pri svojom postupe sa dotyacuteka roviny z = ndash60 m Luacuteče s vaumlčšou zaacutepornou odchyacutelkou prejduacute do oblasti opačneacuteho gradientu ryacutechlosti a zakrivia sa nadol kde sa pohltia na morskom dne Podrobnejšie sa s teoacuteriou šiacuterenia zvuku v oceaacutene čitateľ mocircže oboznaacutemiť v knihe [12]
9 Dorozumievanie veľryacutebVeľryby podobne ako delfiacuteny suacute veľmi spoločenskeacute zvierataacute Pretože v hĺbke je maacutelo svetla veľryby majuacute slabo vyvinutyacute zrak Ich hlavnyacutem zmyslom je sluch Navzaacutejom sa dorozumievajuacute celou škaacutelou zvukov od počuteľnyacutech až po ultrazvuk Už v roku 1971 bola publikovanaacute praacuteca [13] v ktorej sa upozorňuje na možnosť že veľryby po-užiacutevajuacute podvodnyacute zvukovyacute kanaacutel pre komunikaacuteciu na veľkeacute vzdialenosti na stovky až tisiacutece kilometrov Od tyacutech čias tuacuteto hypoteacutezu potvrdili mnoheacute vyacuteskumy Niekedy použiacutevajuacute povrchovyacute zvukovyacute kanaacutel ale oblasti v oceaacutene kde suacute priazniveacute podmienky pre existenciu takeacutehoto kanaacutelu sa nevyskytujuacute priacuteliš často Obvykle veľryby pou-žiacutevajuacute na komunikaacuteciu hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel pričom nie je nutneacute aby sa ponorili až do hĺbky osi kanaacutela Častejšie však komunikujuacute priamo medzi sebou na vzdialenosť stoviek metrov až niekoľkyacutech kilometrov
Aj keď veľryby patria medzi cicavce dokaacutežu sa ponaacuterať na dlhyacute čas do veľkyacutech hĺbok Rekordeacuterom je vorvaň tuponosyacute ktoryacute sa dokaacuteže ponoriť do hĺbky viac ako 2 km a vydržiacute pod vodou až 2 hodiny Jeho hmotnosť je okolo 50 ton dĺžka 16ndash18 m (rekord 28 m 150 ton) Dožije až 80 rokov Zvuky ktoreacute vydaacuteva sa podobajuacute na kraacutetke ťuknutie ktoreacute využiacuteva na echolokaacuteciu podobne ako netopier Dlhšie seacuterie pukotania sluacutežia pravdepodobne na komunikaacuteciu Ďalšiacutem druhom veľryby je vraacuteskavec dlhoplutvyacute Maacute dĺžku 12ndash16 m hmotnosť 25ndash36 ton Migruje ročne až 26 tisiacutec km dosahuje ryacutechlosť 50 km
h Je schopnyacute sa ponoriť do hĺbky 200 m na pol hodiny Zvuky ktoreacute vydaacuteva sa podobajuacute ľudskej hudbe preto suacute znaacuteme ako veľrybiacute spev Najvaumlčšiacutem žijuacutecim tvorom na zemeguli je vraacuteskavec obrovskyacute ktoreacuteho priemernaacute dĺžka je 30 m a hmotnosť 180 ton Jeho spev je v rozmedziacute frekvenciiacute 10ndash40 Hz34
3 httpuploadwikimediaorgwikipediacommons99eHumpback_stellwagen_editjpg obraacutezek doplněn redakciacute4 httpimg534imageshackusimg5345210spermwhalelgjpg obraacutezek doplněn redakciacute
Obr 12 ndash Vraacuteskavec dlhoplutvyacute (česky plejtvaacutek dlouhoploutvyacute)3 Obr 13 ndash Vorvaň tuponosyacute (česky vorvaň obrovskyacute)4
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Přetiskujeme Školskaacute fyzika 20131
4
10 Zaacutechrana pilotov v oceaacutenePred koncom druhej svetovej vojny keď boli USA vo vojne s Japonskom dostaacutevali americkiacute piloti pred bojo-vyacutemi letmi nad oceaacuten zaacutechrannyacute baliacuteček ktoryacute okrem lekaacuterničky nafukovacieho člna a zaacutesoby vody a potraviacuten obsahoval dve duteacute kovoveacute guľky veľkosti pingpongovyacutech loptičiek Piloti dostali inštrukciu že ak sa im podariacute prežiť zostrelenie a ocitnuacute sa v zaacutechrannom člne na mori majuacute hodiť jednu guľku do vody a čakať na zaacutechranu Ak pomoc nepriacutede do 24 hodiacuten hodiť do vody aj druhuacute guľku
Guľka bola vyrobenaacute tak aby v určitej hĺbke pod tlakom vody praskla a rozbila sa Takyacuteto dej sa nazyacuteva imploacute-zia a je (podobne ako exploacutezia) doprevaacutedzanyacute silnyacutem zvukovyacutem efektom Tlak bol zvolenyacute tak aby guľka praskla bliacutezko osi hlbokovodneacuteho zvukoveacuteho kanaacutelu Zvuk imploacutezie sa zvukovyacutem kanaacutelom šiacuteril na vzdialenosť tisiacutecov kilometrov takže ho mohlo zachytiť vojenskeacute naacutemorniacutectvo USA ktoreacute malo na vhodnyacutech miestach oceaacutenu lode vybaveneacute citlivyacutemi hydrofoacutenmi spustenyacutemi do hĺbky zvukoveacuteho kanaacutelu Pri zachyteniacute signaacutelu na najmenej troch lodiach (s určenyacutem presneacuteho času prijatia signaacutelu) bolo možneacute triangulaacuteciou vypočiacutetať presnuacute polohu zostrele-neacuteho pilota Metoacutedu navrhol Maurice Ewing [4]
11 Roswellskeacute UFOV juacuteli roku 1947 havaroval pri vojenskej zaacutekladni v Roswelli tajomnyacute objekt ktoryacute novinaacuteri nazvali Roswellskeacute UFO Zaacutehada zamestnaacutevala americkuacute tlač niekoľko mesiacov a vlaacuteda USA bola obviňovanaacute že utajuje kontakty s mimozemšťanmi Pravda vyšla na povrch až v roku 1994 keď vlaacuteda USA odtajnila priacuteslušneacute materiaacutely o pro-jekte MOGUL ako o tom piacuteše vo svojej knihe R Muller [4]
Bolo to obdobie začiacutenajuacutecej studenej vojny keď USA mali monopol na atoacutemovuacute bombu a žili v obavaacutech či ju naacutehodou nevyvinul aj Sovietsky Zvaumlz Pre Spojeneacute štaacutety bolo veľmi docircležityacutem vedieť či ZSSR neuskutočnil po-kusnyacute jadrovyacute vyacutebuch V tyacutech časoch neexistovali satelity ani nebola možnosť letecky monitorovať celyacute vzdušnyacute priestor ZSSR preto bolo treba naacutejsť inuacute metoacutedu diagnostiky Pri vyacutebuchu atoacutemovej bomby vznikaacute v atmosfeacutere veľmi silnaacute raacutezovaacute vlna ktoraacute sa šiacuteri troposfeacuterou až do stratosfeacutery Na detekciu tejto vlny bol využityacute stratosfeacuterickyacute zvukovyacute kanaacutel Ako je znaacuteme [3] teplota vzduchu vo vyššiacutech vrstvaacutech troposfeacutery klesaacute až do vyacutešky 10ndash12 km v tropopause je viac menej konštantnaacute a od vyacutešky 18ndash20 km začiacutena znovu stuacutepať V stratosfeacutere sa teda nachaacutedza zvukovyacute kanaacutel ktoryacutem sa mocircže zvuk šiacuteriť na obrovskeacute vzdialenosti A praacuteve tento jav bol použityacute na detekciu priacutepadnyacutech jadrovyacutech vyacutebuchov protivniacuteka Projekt MOGUL spočiacuteval vo vytvoreniacute niekoľkyacutech špeciaacutelnych stratosferickyacutech baloacutenov vybavenyacutech cit-livyacutemi mikrofoacutenmi a aparatuacuterami na priacutejem niacutezkofre-kvenčnyacutech zvukovyacutech vĺn Jeden z takyacutechto baloacutenov havaroval pri Roswelli Kvocircli utajeniu vlaacuteda USA pod-porovala kryciu verziu o mimozemšťanoch5
ZaacuteverFyzika je jednou z najdocircležitejšiacutech discipliacuten ktoraacute maacute priamy dopad na rozvoj civilizaacutecie a najmauml jej zaacutesluhou využiacutevame všetky vyacutehody priacutestrojov a technoloacutegiiacute ktoreacute naacutes obklopujuacute Na druhej strane fyzika maacute v suacutečasnej spoločnosti veľmi niacutezku popularitu a jej vyacuteznam si maacutelokto uvedomuje Je preto veľmi docircležiteacute popularizovať fyziku a neustaacutele poukazovať na jej priacutenos pre priemysel lekaacuterstvo a všetky oblasti ľudskej činnosti Duacutefame že materiaacutel uvedenyacute v člaacutenku prispeje k zvyacutešeniu zaacuteujmu žiakov a študentov o fyziku
5 httpreinepfileswordpresscom201107roswell-crashed-saucer-original-photo1jpg obraacutezek doplněn redakciacute
Obr 14 ndash Roswellskeacute UFO5
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Školskaacute fyzika 20131 Přetiskujeme
5
Literatuacutera [1] ILKOVIČ Dionyacutez Fyzika I Bratislava Alfa 1969[2] Dostupneacute na httpwwwsengpielaudiocomcalculator-airpressurehtm[3] BEDNAacuteR Jan Meteorologie Praha Portaacutel 2003[4] MULLER Richard A Physics for Future presidents Ch7 Waves Dostupneacute na httpmullerlblgov
teachingphysics10PffP_textbookPffP-07-waves-5-27htm[5] The Free Dictionary by FARLEX Atmospheric Acoustics Dostupneacute na httpencyclopedia2
thefreedictionarycomAtmospheric+acoustics[6] ROSS Charles D Civil War Acoustic Shadows Shippensburg White Mane Books 2001[7] LURTON Xavier An Introduction to Underwater Acoustics Berlin Heidelberg New York Springer
Verlag 2002[8] Windows to the Universe Dostupneacute na httpwwwwindows2universeorg[9] Wikipedia Dostupneacute na httpenwikipediaorgwikiFileSOFARpng[10] MetEd Dostupneacute na httpswwwmeteducaredu[11] Wikipedia Dostupneacute na httpenwikipediaorgwikiLeonid_Brekhovskikh[12] BRECHOVSKICH Leonid M Volny v sloistych sredach Moskva Leningrad Izd AN SSSR 1957[13] PAYNE Roger and WEBB Douglas Orientation by Means of Long Range Acoustic Signaling in Baleen
Whales In Annals NY Acad Scivol 188 1971
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Přetiskujeme Školskaacute fyzika 20131
2
Vplyv jednotlivyacutech parametrov prostredia na ryacutechlosť zvuku vo vode vedie k typickeacutemu priebehu zaacutevislosti ryacutechlosti od hĺbky (obr 9) Ryacutechlosť maacute v istej hĺbke minimum Pri vhodnyacutech meteorologickyacutech podmienkach možno pozorovať inyacute typ zaacutevislosti ndash ryacutechlosť zvuku od hladiny najprv rastie v hĺbke niekoľko desiatok metrov maacute maximum potom klesaacute k minimu v hĺbke niekoľko sto metrov a smerom ku dnu monotoacutenne rastie
8 Šiacuterenie zvuku v oceaacuteneVyšetrime teraz šiacuterenie zvuku v oceaacutene Predpokladajme zaacutevislosť ryacutechlosti zvuku v oceaacutene od hĺbky podľa obr 10 Suacuteradnica z je orientovanaacute kolmo dole pričom hodnote z = 0 zodpovedaacute hladina oceaacutenu V oblasti 0 lt z lt z0 ryacutech-losť zvuku klesaacute v hĺbke z = z0 nadobuacuteda minimum a v oblasti z gt z0 stuacutepa Zvukoveacute luacuteče vychaacutedzajuacutece zo zdroja pod morskou hladinou sa buduacute odklaacuteňať na stranu menšej ryacutechlosti zvuku tj v oblasti 0 lt z lt z0 buduacute zakriveneacute nadol v oblasti z gt z0 sa zakrivia nahor (obr 10) Vyacutesledkom je že sa zvuk s podvodneacuteho zdroja šiacuteri len v uacutezkej oblasti okolo roviny z = z0 Hovoriacuteme že zvuk sa šiacuteri podmorskyacutem zvukovyacutem kanaacutelom
Pomerne jednoducho sa daacute spočiacutetať akyacute maximaacutelny uhol s vodorovnou rovinou mocircže zvierať zvukovyacute luacuteč aby nedopadol na hladinu oceaacutenu resp akyacute maximaacutelny zaacutepornyacute uhol aby sa nepohltil na dne Všetky luacuteče ktoreacute vychaacutedzajuacute zo zdroja v tomto intervale uhlov buduacute oscilovať okolo osi zvukoveacuteho kanaacutela a intenzita zvuku v takomto kanaacuteli bude klesať nepriamo uacutemerne vzdialenosti od zdroja to znamenaacute že bude slabnuacuteť podstatne po-malšie ako keby sa zvuk šiacuteril do celeacuteho priestoru Napr vo vzdialenosti 1 000 km od zdroja bude zvuk 1 000 kraacutet slabšiacute ako vo vzdialenosti 1 km zatiaľ čo pri šiacutereniacute zvuku do všetkyacutech smerov (sfeacuterickaacute vlna) by bol zvuk vo vzdialenosti 1 000 km zoslabenyacute milioacutennaacutesobne Hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel v oceaacutene objavili nezaacutevisle na sebe Leonid Brechovskich a Maurice Ewing [11]
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične I
Přetiskujeme Školskaacute fyzika 20131
24
Vplyv jednotlivyacutech parametrov prostredia na ryacutechlosť zvuku vo vode vedie k typickeacutemu priebehu zaacutevislosti ryacutechlosti od hĺbky (Obr 8) Ryacutechlosť maacute v istej hĺbke minimum Pri vhodnyacutech meteorologickyacutech podmienkach možno pozorovať inyacute typ zaacutevislosti ndash ryacutechlosť zvuku od hladiny najprv rastie v hĺbke niekoľko desiatok metrov maacute maximum potom klesaacute k minimu v hĺbke niekoľko sto metrov a smerom ku dnu monotoacutenne rastie
8ensp Šiacuterenie zvuku v oceaacuteneVyšetrime teraz šiacuterenie zvuku v oceaacutene Predpokladajme zaacutevislosť ryacutechlosti zvuku v oceaacutene od hĺbky podľa Obr 9 Suacuteradnica z je orientovanaacute kolmo dole pričom hodnote z = 0 zodpovedaacute hladina oceaacutenu V oblasti 0 lt z lt z0 ryacutech-losť zvuku klesaacute v hĺbke z = z0 nadobuacuteda minimum a v oblasti z gt z0 stuacutepa Zvukoveacute luacuteče vychaacutedzajuacutece zo zdroja pod morskou hladinou sa buduacute odklaacuteňať na stranu menšej ryacutechlosti zvuku tj v oblasti 0 lt z lt z0 buduacute zakriveneacute nadol v oblasti z gt z0 sa zakrivia nahor (Obr 9) Vyacutesledkom je že sa zvuk s podvodneacuteho zdroja šiacuteri len v uacutezkej oblasti okolo roviny z = z0 Hovoriacuteme že zvuk sa šiacuteri podmorskyacutem zvukovyacutem kanaacutelom
Pomerne jednoducho sa daacute spočiacutetať akyacute maximaacutelny uhol s vodorovnou rovinou mocircže zvierať zvukovyacute luacuteč aby nedopadol na hladinu oceaacutenu resp akyacute maximaacutelny zaacutepornyacute uhol aby sa nepohltil na dne Všetky luacuteče ktoreacute vychaacutedzajuacute zo zdroja v tomto intervale uhlov buduacute oscilovať okolo osi zvukoveacuteho kanaacutela a intenzita zvuku v takomto kanaacuteli bude klesať nepriamo uacutemerne vzdialenosti od zdroja to znamenaacute že bude slabnuacuteť podstatne pomalšie ako keby sa zvuk šiacuteril do celeacuteho priestoru Napr vo vzdialenosti 1000 km od zdroja bude zvuk 1000 kraacutet slabšiacute ako vo vzdialenosti 1 km zatiaľ čo pri šiacutereniacute zvuku do všetkyacutech smerov (sfeacuterickaacute vlna) by bol zvuk vo vzdialenosti 1000 km zoslabenyacute milioacuten naacutesobne Hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel v oceaacutene objavili nezaacutevisle na sebe Leonid Brechovskich a Maurice Ewing [11]
vzdialenosť
hĺbk
a
dnodno
z = 0
z = z0
z = 0
z = z0
Obr 9 ndash Hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel Podľa [10]
Obr 10 ndash Povrchovyacute zvukovyacute kanaacutel Podľa [10]
0 2 4 6 8 10 12 140
20
40
60
80
hm
0
20
40
60
80
1500 1520 1540 1560
hm
dkm
cms
0deg3deg ndash1deg
ndash15deg ndash176deg ndash176deg
ndash2degndash3deg
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične I
Přetiskujeme Školskaacute fyzika 20131
24
Vplyv jednotlivyacutech parametrov prostredia na ryacutechlosť zvuku vo vode vedie k typickeacutemu priebehu zaacutevislosti ryacutechlosti od hĺbky (Obr 8) Ryacutechlosť maacute v istej hĺbke minimum Pri vhodnyacutech meteorologickyacutech podmienkach možno pozorovať inyacute typ zaacutevislosti ndash ryacutechlosť zvuku od hladiny najprv rastie v hĺbke niekoľko desiatok metrov maacute maximum potom klesaacute k minimu v hĺbke niekoľko sto metrov a smerom ku dnu monotoacutenne rastie
8ensp Šiacuterenie zvuku v oceaacuteneVyšetrime teraz šiacuterenie zvuku v oceaacutene Predpokladajme zaacutevislosť ryacutechlosti zvuku v oceaacutene od hĺbky podľa Obr 9 Suacuteradnica z je orientovanaacute kolmo dole pričom hodnote z = 0 zodpovedaacute hladina oceaacutenu V oblasti 0 lt z lt z0 ryacutech-losť zvuku klesaacute v hĺbke z = z0 nadobuacuteda minimum a v oblasti z gt z0 stuacutepa Zvukoveacute luacuteče vychaacutedzajuacutece zo zdroja pod morskou hladinou sa buduacute odklaacuteňať na stranu menšej ryacutechlosti zvuku tj v oblasti 0 lt z lt z0 buduacute zakriveneacute nadol v oblasti z gt z0 sa zakrivia nahor (Obr 9) Vyacutesledkom je že sa zvuk s podvodneacuteho zdroja šiacuteri len v uacutezkej oblasti okolo roviny z = z0 Hovoriacuteme že zvuk sa šiacuteri podmorskyacutem zvukovyacutem kanaacutelom
Pomerne jednoducho sa daacute spočiacutetať akyacute maximaacutelny uhol s vodorovnou rovinou mocircže zvierať zvukovyacute luacuteč aby nedopadol na hladinu oceaacutenu resp akyacute maximaacutelny zaacutepornyacute uhol aby sa nepohltil na dne Všetky luacuteče ktoreacute vychaacutedzajuacute zo zdroja v tomto intervale uhlov buduacute oscilovať okolo osi zvukoveacuteho kanaacutela a intenzita zvuku v takomto kanaacuteli bude klesať nepriamo uacutemerne vzdialenosti od zdroja to znamenaacute že bude slabnuacuteť podstatne pomalšie ako keby sa zvuk šiacuteril do celeacuteho priestoru Napr vo vzdialenosti 1000 km od zdroja bude zvuk 1000 kraacutet slabšiacute ako vo vzdialenosti 1 km zatiaľ čo pri šiacutereniacute zvuku do všetkyacutech smerov (sfeacuterickaacute vlna) by bol zvuk vo vzdialenosti 1000 km zoslabenyacute milioacuten naacutesobne Hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel v oceaacutene objavili nezaacutevisle na sebe Leonid Brechovskich a Maurice Ewing [11]
vzdialenosť
hĺbk
a
dnodno
z = 0
z = z0
z = 0
z = z0
Obr 9 ndash Hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel Podľa [10]
Obr 10 ndash Povrchovyacute zvukovyacute kanaacutel Podľa [10]
0 2 4 6 8 10 12 140
20
40
60
80
hm
0
20
40
60
80
1500 1520 1540 1560
hm
dkm
cms
0deg3deg ndash1deg
ndash15deg ndash176deg ndash176deg
ndash2degndash3deg
Obr 10 ndash Hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel Podľa [10]
Obr 11 ndash Povrchovyacute zvukovyacute kanaacutel Podľa [10]
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Školskaacute fyzika 20131 Přetiskujeme
3
Ďalšiacutem docircležityacutem priacutepadom je situaacutecia keď v podpovrchovej vrstve ryacutechlosť zvuku s hĺbkou rastie (obr 11) Na obraacutezku je zobrazenyacute priacutepad keď ryacutechlosť zvuku dosahuje maximaacutelnu hodnotu v hĺbke 60 m nad touto vyacuteškou sa zvukoveacute luacuteče ohyacutebajuacute nahor a odraacutežajuacute sa od vodnej hladiny spaumlť do oceaacutenu Pre zdroj v hĺbke 30 m suacute vypočiacutetaneacute trajektoacuterie luacutečov s počiatočnyacutem sklonom k povrchu oceaacutenu 3 deg 0 deg ndash1 deg ndash15 deg ndash2 deg a ndash3 deg Mierka obraacutezku vo zvislom a vodorovnom smere je rocirczna skutočneacute trajektoacuterie luacutečov suacute oveľa plytšie Napr luacuteč vychaacuted-zajuacuteci vodorovne zo zdroja sa odraacuteža od hladiny mora každyacutech 2 250 m klesaacute do hĺbky 30 m Luacuteč s počiatočnyacutem sklonom ndash176 deg je hraničnyacutem luacutečom pri svojom postupe sa dotyacuteka roviny z = ndash60 m Luacuteče s vaumlčšou zaacutepornou odchyacutelkou prejduacute do oblasti opačneacuteho gradientu ryacutechlosti a zakrivia sa nadol kde sa pohltia na morskom dne Podrobnejšie sa s teoacuteriou šiacuterenia zvuku v oceaacutene čitateľ mocircže oboznaacutemiť v knihe [12]
9 Dorozumievanie veľryacutebVeľryby podobne ako delfiacuteny suacute veľmi spoločenskeacute zvierataacute Pretože v hĺbke je maacutelo svetla veľryby majuacute slabo vyvinutyacute zrak Ich hlavnyacutem zmyslom je sluch Navzaacutejom sa dorozumievajuacute celou škaacutelou zvukov od počuteľnyacutech až po ultrazvuk Už v roku 1971 bola publikovanaacute praacuteca [13] v ktorej sa upozorňuje na možnosť že veľryby po-užiacutevajuacute podvodnyacute zvukovyacute kanaacutel pre komunikaacuteciu na veľkeacute vzdialenosti na stovky až tisiacutece kilometrov Od tyacutech čias tuacuteto hypoteacutezu potvrdili mnoheacute vyacuteskumy Niekedy použiacutevajuacute povrchovyacute zvukovyacute kanaacutel ale oblasti v oceaacutene kde suacute priazniveacute podmienky pre existenciu takeacutehoto kanaacutelu sa nevyskytujuacute priacuteliš často Obvykle veľryby pou-žiacutevajuacute na komunikaacuteciu hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel pričom nie je nutneacute aby sa ponorili až do hĺbky osi kanaacutela Častejšie však komunikujuacute priamo medzi sebou na vzdialenosť stoviek metrov až niekoľkyacutech kilometrov
Aj keď veľryby patria medzi cicavce dokaacutežu sa ponaacuterať na dlhyacute čas do veľkyacutech hĺbok Rekordeacuterom je vorvaň tuponosyacute ktoryacute sa dokaacuteže ponoriť do hĺbky viac ako 2 km a vydržiacute pod vodou až 2 hodiny Jeho hmotnosť je okolo 50 ton dĺžka 16ndash18 m (rekord 28 m 150 ton) Dožije až 80 rokov Zvuky ktoreacute vydaacuteva sa podobajuacute na kraacutetke ťuknutie ktoreacute využiacuteva na echolokaacuteciu podobne ako netopier Dlhšie seacuterie pukotania sluacutežia pravdepodobne na komunikaacuteciu Ďalšiacutem druhom veľryby je vraacuteskavec dlhoplutvyacute Maacute dĺžku 12ndash16 m hmotnosť 25ndash36 ton Migruje ročne až 26 tisiacutec km dosahuje ryacutechlosť 50 km
h Je schopnyacute sa ponoriť do hĺbky 200 m na pol hodiny Zvuky ktoreacute vydaacuteva sa podobajuacute ľudskej hudbe preto suacute znaacuteme ako veľrybiacute spev Najvaumlčšiacutem žijuacutecim tvorom na zemeguli je vraacuteskavec obrovskyacute ktoreacuteho priemernaacute dĺžka je 30 m a hmotnosť 180 ton Jeho spev je v rozmedziacute frekvenciiacute 10ndash40 Hz34
3 httpuploadwikimediaorgwikipediacommons99eHumpback_stellwagen_editjpg obraacutezek doplněn redakciacute4 httpimg534imageshackusimg5345210spermwhalelgjpg obraacutezek doplněn redakciacute
Obr 12 ndash Vraacuteskavec dlhoplutvyacute (česky plejtvaacutek dlouhoploutvyacute)3 Obr 13 ndash Vorvaň tuponosyacute (česky vorvaň obrovskyacute)4
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Přetiskujeme Školskaacute fyzika 20131
4
10 Zaacutechrana pilotov v oceaacutenePred koncom druhej svetovej vojny keď boli USA vo vojne s Japonskom dostaacutevali americkiacute piloti pred bojo-vyacutemi letmi nad oceaacuten zaacutechrannyacute baliacuteček ktoryacute okrem lekaacuterničky nafukovacieho člna a zaacutesoby vody a potraviacuten obsahoval dve duteacute kovoveacute guľky veľkosti pingpongovyacutech loptičiek Piloti dostali inštrukciu že ak sa im podariacute prežiť zostrelenie a ocitnuacute sa v zaacutechrannom člne na mori majuacute hodiť jednu guľku do vody a čakať na zaacutechranu Ak pomoc nepriacutede do 24 hodiacuten hodiť do vody aj druhuacute guľku
Guľka bola vyrobenaacute tak aby v určitej hĺbke pod tlakom vody praskla a rozbila sa Takyacuteto dej sa nazyacuteva imploacute-zia a je (podobne ako exploacutezia) doprevaacutedzanyacute silnyacutem zvukovyacutem efektom Tlak bol zvolenyacute tak aby guľka praskla bliacutezko osi hlbokovodneacuteho zvukoveacuteho kanaacutelu Zvuk imploacutezie sa zvukovyacutem kanaacutelom šiacuteril na vzdialenosť tisiacutecov kilometrov takže ho mohlo zachytiť vojenskeacute naacutemorniacutectvo USA ktoreacute malo na vhodnyacutech miestach oceaacutenu lode vybaveneacute citlivyacutemi hydrofoacutenmi spustenyacutemi do hĺbky zvukoveacuteho kanaacutelu Pri zachyteniacute signaacutelu na najmenej troch lodiach (s určenyacutem presneacuteho času prijatia signaacutelu) bolo možneacute triangulaacuteciou vypočiacutetať presnuacute polohu zostrele-neacuteho pilota Metoacutedu navrhol Maurice Ewing [4]
11 Roswellskeacute UFOV juacuteli roku 1947 havaroval pri vojenskej zaacutekladni v Roswelli tajomnyacute objekt ktoryacute novinaacuteri nazvali Roswellskeacute UFO Zaacutehada zamestnaacutevala americkuacute tlač niekoľko mesiacov a vlaacuteda USA bola obviňovanaacute že utajuje kontakty s mimozemšťanmi Pravda vyšla na povrch až v roku 1994 keď vlaacuteda USA odtajnila priacuteslušneacute materiaacutely o pro-jekte MOGUL ako o tom piacuteše vo svojej knihe R Muller [4]
Bolo to obdobie začiacutenajuacutecej studenej vojny keď USA mali monopol na atoacutemovuacute bombu a žili v obavaacutech či ju naacutehodou nevyvinul aj Sovietsky Zvaumlz Pre Spojeneacute štaacutety bolo veľmi docircležityacutem vedieť či ZSSR neuskutočnil po-kusnyacute jadrovyacute vyacutebuch V tyacutech časoch neexistovali satelity ani nebola možnosť letecky monitorovať celyacute vzdušnyacute priestor ZSSR preto bolo treba naacutejsť inuacute metoacutedu diagnostiky Pri vyacutebuchu atoacutemovej bomby vznikaacute v atmosfeacutere veľmi silnaacute raacutezovaacute vlna ktoraacute sa šiacuteri troposfeacuterou až do stratosfeacutery Na detekciu tejto vlny bol využityacute stratosfeacuterickyacute zvukovyacute kanaacutel Ako je znaacuteme [3] teplota vzduchu vo vyššiacutech vrstvaacutech troposfeacutery klesaacute až do vyacutešky 10ndash12 km v tropopause je viac menej konštantnaacute a od vyacutešky 18ndash20 km začiacutena znovu stuacutepať V stratosfeacutere sa teda nachaacutedza zvukovyacute kanaacutel ktoryacutem sa mocircže zvuk šiacuteriť na obrovskeacute vzdialenosti A praacuteve tento jav bol použityacute na detekciu priacutepadnyacutech jadrovyacutech vyacutebuchov protivniacuteka Projekt MOGUL spočiacuteval vo vytvoreniacute niekoľkyacutech špeciaacutelnych stratosferickyacutech baloacutenov vybavenyacutech cit-livyacutemi mikrofoacutenmi a aparatuacuterami na priacutejem niacutezkofre-kvenčnyacutech zvukovyacutech vĺn Jeden z takyacutechto baloacutenov havaroval pri Roswelli Kvocircli utajeniu vlaacuteda USA pod-porovala kryciu verziu o mimozemšťanoch5
ZaacuteverFyzika je jednou z najdocircležitejšiacutech discipliacuten ktoraacute maacute priamy dopad na rozvoj civilizaacutecie a najmauml jej zaacutesluhou využiacutevame všetky vyacutehody priacutestrojov a technoloacutegiiacute ktoreacute naacutes obklopujuacute Na druhej strane fyzika maacute v suacutečasnej spoločnosti veľmi niacutezku popularitu a jej vyacuteznam si maacutelokto uvedomuje Je preto veľmi docircležiteacute popularizovať fyziku a neustaacutele poukazovať na jej priacutenos pre priemysel lekaacuterstvo a všetky oblasti ľudskej činnosti Duacutefame že materiaacutel uvedenyacute v člaacutenku prispeje k zvyacutešeniu zaacuteujmu žiakov a študentov o fyziku
5 httpreinepfileswordpresscom201107roswell-crashed-saucer-original-photo1jpg obraacutezek doplněn redakciacute
Obr 14 ndash Roswellskeacute UFO5
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Školskaacute fyzika 20131 Přetiskujeme
5
Literatuacutera [1] ILKOVIČ Dionyacutez Fyzika I Bratislava Alfa 1969[2] Dostupneacute na httpwwwsengpielaudiocomcalculator-airpressurehtm[3] BEDNAacuteR Jan Meteorologie Praha Portaacutel 2003[4] MULLER Richard A Physics for Future presidents Ch7 Waves Dostupneacute na httpmullerlblgov
teachingphysics10PffP_textbookPffP-07-waves-5-27htm[5] The Free Dictionary by FARLEX Atmospheric Acoustics Dostupneacute na httpencyclopedia2
thefreedictionarycomAtmospheric+acoustics[6] ROSS Charles D Civil War Acoustic Shadows Shippensburg White Mane Books 2001[7] LURTON Xavier An Introduction to Underwater Acoustics Berlin Heidelberg New York Springer
Verlag 2002[8] Windows to the Universe Dostupneacute na httpwwwwindows2universeorg[9] Wikipedia Dostupneacute na httpenwikipediaorgwikiFileSOFARpng[10] MetEd Dostupneacute na httpswwwmeteducaredu[11] Wikipedia Dostupneacute na httpenwikipediaorgwikiLeonid_Brekhovskikh[12] BRECHOVSKICH Leonid M Volny v sloistych sredach Moskva Leningrad Izd AN SSSR 1957[13] PAYNE Roger and WEBB Douglas Orientation by Means of Long Range Acoustic Signaling in Baleen
Whales In Annals NY Acad Scivol 188 1971
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Školskaacute fyzika 20131 Přetiskujeme
3
Ďalšiacutem docircležityacutem priacutepadom je situaacutecia keď v podpovrchovej vrstve ryacutechlosť zvuku s hĺbkou rastie (obr 11) Na obraacutezku je zobrazenyacute priacutepad keď ryacutechlosť zvuku dosahuje maximaacutelnu hodnotu v hĺbke 60 m nad touto vyacuteškou sa zvukoveacute luacuteče ohyacutebajuacute nahor a odraacutežajuacute sa od vodnej hladiny spaumlť do oceaacutenu Pre zdroj v hĺbke 30 m suacute vypočiacutetaneacute trajektoacuterie luacutečov s počiatočnyacutem sklonom k povrchu oceaacutenu 3 deg 0 deg ndash1 deg ndash15 deg ndash2 deg a ndash3 deg Mierka obraacutezku vo zvislom a vodorovnom smere je rocirczna skutočneacute trajektoacuterie luacutečov suacute oveľa plytšie Napr luacuteč vychaacuted-zajuacuteci vodorovne zo zdroja sa odraacuteža od hladiny mora každyacutech 2 250 m klesaacute do hĺbky 30 m Luacuteč s počiatočnyacutem sklonom ndash176 deg je hraničnyacutem luacutečom pri svojom postupe sa dotyacuteka roviny z = ndash60 m Luacuteče s vaumlčšou zaacutepornou odchyacutelkou prejduacute do oblasti opačneacuteho gradientu ryacutechlosti a zakrivia sa nadol kde sa pohltia na morskom dne Podrobnejšie sa s teoacuteriou šiacuterenia zvuku v oceaacutene čitateľ mocircže oboznaacutemiť v knihe [12]
9 Dorozumievanie veľryacutebVeľryby podobne ako delfiacuteny suacute veľmi spoločenskeacute zvierataacute Pretože v hĺbke je maacutelo svetla veľryby majuacute slabo vyvinutyacute zrak Ich hlavnyacutem zmyslom je sluch Navzaacutejom sa dorozumievajuacute celou škaacutelou zvukov od počuteľnyacutech až po ultrazvuk Už v roku 1971 bola publikovanaacute praacuteca [13] v ktorej sa upozorňuje na možnosť že veľryby po-užiacutevajuacute podvodnyacute zvukovyacute kanaacutel pre komunikaacuteciu na veľkeacute vzdialenosti na stovky až tisiacutece kilometrov Od tyacutech čias tuacuteto hypoteacutezu potvrdili mnoheacute vyacuteskumy Niekedy použiacutevajuacute povrchovyacute zvukovyacute kanaacutel ale oblasti v oceaacutene kde suacute priazniveacute podmienky pre existenciu takeacutehoto kanaacutelu sa nevyskytujuacute priacuteliš často Obvykle veľryby pou-žiacutevajuacute na komunikaacuteciu hlbokovodnyacute zvukovyacute kanaacutel pričom nie je nutneacute aby sa ponorili až do hĺbky osi kanaacutela Častejšie však komunikujuacute priamo medzi sebou na vzdialenosť stoviek metrov až niekoľkyacutech kilometrov
Aj keď veľryby patria medzi cicavce dokaacutežu sa ponaacuterať na dlhyacute čas do veľkyacutech hĺbok Rekordeacuterom je vorvaň tuponosyacute ktoryacute sa dokaacuteže ponoriť do hĺbky viac ako 2 km a vydržiacute pod vodou až 2 hodiny Jeho hmotnosť je okolo 50 ton dĺžka 16ndash18 m (rekord 28 m 150 ton) Dožije až 80 rokov Zvuky ktoreacute vydaacuteva sa podobajuacute na kraacutetke ťuknutie ktoreacute využiacuteva na echolokaacuteciu podobne ako netopier Dlhšie seacuterie pukotania sluacutežia pravdepodobne na komunikaacuteciu Ďalšiacutem druhom veľryby je vraacuteskavec dlhoplutvyacute Maacute dĺžku 12ndash16 m hmotnosť 25ndash36 ton Migruje ročne až 26 tisiacutec km dosahuje ryacutechlosť 50 km
h Je schopnyacute sa ponoriť do hĺbky 200 m na pol hodiny Zvuky ktoreacute vydaacuteva sa podobajuacute ľudskej hudbe preto suacute znaacuteme ako veľrybiacute spev Najvaumlčšiacutem žijuacutecim tvorom na zemeguli je vraacuteskavec obrovskyacute ktoreacuteho priemernaacute dĺžka je 30 m a hmotnosť 180 ton Jeho spev je v rozmedziacute frekvenciiacute 10ndash40 Hz34
3 httpuploadwikimediaorgwikipediacommons99eHumpback_stellwagen_editjpg obraacutezek doplněn redakciacute4 httpimg534imageshackusimg5345210spermwhalelgjpg obraacutezek doplněn redakciacute
Obr 12 ndash Vraacuteskavec dlhoplutvyacute (česky plejtvaacutek dlouhoploutvyacute)3 Obr 13 ndash Vorvaň tuponosyacute (česky vorvaň obrovskyacute)4
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Přetiskujeme Školskaacute fyzika 20131
4
10 Zaacutechrana pilotov v oceaacutenePred koncom druhej svetovej vojny keď boli USA vo vojne s Japonskom dostaacutevali americkiacute piloti pred bojo-vyacutemi letmi nad oceaacuten zaacutechrannyacute baliacuteček ktoryacute okrem lekaacuterničky nafukovacieho člna a zaacutesoby vody a potraviacuten obsahoval dve duteacute kovoveacute guľky veľkosti pingpongovyacutech loptičiek Piloti dostali inštrukciu že ak sa im podariacute prežiť zostrelenie a ocitnuacute sa v zaacutechrannom člne na mori majuacute hodiť jednu guľku do vody a čakať na zaacutechranu Ak pomoc nepriacutede do 24 hodiacuten hodiť do vody aj druhuacute guľku
Guľka bola vyrobenaacute tak aby v určitej hĺbke pod tlakom vody praskla a rozbila sa Takyacuteto dej sa nazyacuteva imploacute-zia a je (podobne ako exploacutezia) doprevaacutedzanyacute silnyacutem zvukovyacutem efektom Tlak bol zvolenyacute tak aby guľka praskla bliacutezko osi hlbokovodneacuteho zvukoveacuteho kanaacutelu Zvuk imploacutezie sa zvukovyacutem kanaacutelom šiacuteril na vzdialenosť tisiacutecov kilometrov takže ho mohlo zachytiť vojenskeacute naacutemorniacutectvo USA ktoreacute malo na vhodnyacutech miestach oceaacutenu lode vybaveneacute citlivyacutemi hydrofoacutenmi spustenyacutemi do hĺbky zvukoveacuteho kanaacutelu Pri zachyteniacute signaacutelu na najmenej troch lodiach (s určenyacutem presneacuteho času prijatia signaacutelu) bolo možneacute triangulaacuteciou vypočiacutetať presnuacute polohu zostrele-neacuteho pilota Metoacutedu navrhol Maurice Ewing [4]
11 Roswellskeacute UFOV juacuteli roku 1947 havaroval pri vojenskej zaacutekladni v Roswelli tajomnyacute objekt ktoryacute novinaacuteri nazvali Roswellskeacute UFO Zaacutehada zamestnaacutevala americkuacute tlač niekoľko mesiacov a vlaacuteda USA bola obviňovanaacute že utajuje kontakty s mimozemšťanmi Pravda vyšla na povrch až v roku 1994 keď vlaacuteda USA odtajnila priacuteslušneacute materiaacutely o pro-jekte MOGUL ako o tom piacuteše vo svojej knihe R Muller [4]
Bolo to obdobie začiacutenajuacutecej studenej vojny keď USA mali monopol na atoacutemovuacute bombu a žili v obavaacutech či ju naacutehodou nevyvinul aj Sovietsky Zvaumlz Pre Spojeneacute štaacutety bolo veľmi docircležityacutem vedieť či ZSSR neuskutočnil po-kusnyacute jadrovyacute vyacutebuch V tyacutech časoch neexistovali satelity ani nebola možnosť letecky monitorovať celyacute vzdušnyacute priestor ZSSR preto bolo treba naacutejsť inuacute metoacutedu diagnostiky Pri vyacutebuchu atoacutemovej bomby vznikaacute v atmosfeacutere veľmi silnaacute raacutezovaacute vlna ktoraacute sa šiacuteri troposfeacuterou až do stratosfeacutery Na detekciu tejto vlny bol využityacute stratosfeacuterickyacute zvukovyacute kanaacutel Ako je znaacuteme [3] teplota vzduchu vo vyššiacutech vrstvaacutech troposfeacutery klesaacute až do vyacutešky 10ndash12 km v tropopause je viac menej konštantnaacute a od vyacutešky 18ndash20 km začiacutena znovu stuacutepať V stratosfeacutere sa teda nachaacutedza zvukovyacute kanaacutel ktoryacutem sa mocircže zvuk šiacuteriť na obrovskeacute vzdialenosti A praacuteve tento jav bol použityacute na detekciu priacutepadnyacutech jadrovyacutech vyacutebuchov protivniacuteka Projekt MOGUL spočiacuteval vo vytvoreniacute niekoľkyacutech špeciaacutelnych stratosferickyacutech baloacutenov vybavenyacutech cit-livyacutemi mikrofoacutenmi a aparatuacuterami na priacutejem niacutezkofre-kvenčnyacutech zvukovyacutech vĺn Jeden z takyacutechto baloacutenov havaroval pri Roswelli Kvocircli utajeniu vlaacuteda USA pod-porovala kryciu verziu o mimozemšťanoch5
ZaacuteverFyzika je jednou z najdocircležitejšiacutech discipliacuten ktoraacute maacute priamy dopad na rozvoj civilizaacutecie a najmauml jej zaacutesluhou využiacutevame všetky vyacutehody priacutestrojov a technoloacutegiiacute ktoreacute naacutes obklopujuacute Na druhej strane fyzika maacute v suacutečasnej spoločnosti veľmi niacutezku popularitu a jej vyacuteznam si maacutelokto uvedomuje Je preto veľmi docircležiteacute popularizovať fyziku a neustaacutele poukazovať na jej priacutenos pre priemysel lekaacuterstvo a všetky oblasti ľudskej činnosti Duacutefame že materiaacutel uvedenyacute v člaacutenku prispeje k zvyacutešeniu zaacuteujmu žiakov a študentov o fyziku
5 httpreinepfileswordpresscom201107roswell-crashed-saucer-original-photo1jpg obraacutezek doplněn redakciacute
Obr 14 ndash Roswellskeacute UFO5
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Školskaacute fyzika 20131 Přetiskujeme
5
Literatuacutera [1] ILKOVIČ Dionyacutez Fyzika I Bratislava Alfa 1969[2] Dostupneacute na httpwwwsengpielaudiocomcalculator-airpressurehtm[3] BEDNAacuteR Jan Meteorologie Praha Portaacutel 2003[4] MULLER Richard A Physics for Future presidents Ch7 Waves Dostupneacute na httpmullerlblgov
teachingphysics10PffP_textbookPffP-07-waves-5-27htm[5] The Free Dictionary by FARLEX Atmospheric Acoustics Dostupneacute na httpencyclopedia2
thefreedictionarycomAtmospheric+acoustics[6] ROSS Charles D Civil War Acoustic Shadows Shippensburg White Mane Books 2001[7] LURTON Xavier An Introduction to Underwater Acoustics Berlin Heidelberg New York Springer
Verlag 2002[8] Windows to the Universe Dostupneacute na httpwwwwindows2universeorg[9] Wikipedia Dostupneacute na httpenwikipediaorgwikiFileSOFARpng[10] MetEd Dostupneacute na httpswwwmeteducaredu[11] Wikipedia Dostupneacute na httpenwikipediaorgwikiLeonid_Brekhovskikh[12] BRECHOVSKICH Leonid M Volny v sloistych sredach Moskva Leningrad Izd AN SSSR 1957[13] PAYNE Roger and WEBB Douglas Orientation by Means of Long Range Acoustic Signaling in Baleen
Whales In Annals NY Acad Scivol 188 1971
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Přetiskujeme Školskaacute fyzika 20131
4
10 Zaacutechrana pilotov v oceaacutenePred koncom druhej svetovej vojny keď boli USA vo vojne s Japonskom dostaacutevali americkiacute piloti pred bojo-vyacutemi letmi nad oceaacuten zaacutechrannyacute baliacuteček ktoryacute okrem lekaacuterničky nafukovacieho člna a zaacutesoby vody a potraviacuten obsahoval dve duteacute kovoveacute guľky veľkosti pingpongovyacutech loptičiek Piloti dostali inštrukciu že ak sa im podariacute prežiť zostrelenie a ocitnuacute sa v zaacutechrannom člne na mori majuacute hodiť jednu guľku do vody a čakať na zaacutechranu Ak pomoc nepriacutede do 24 hodiacuten hodiť do vody aj druhuacute guľku
Guľka bola vyrobenaacute tak aby v určitej hĺbke pod tlakom vody praskla a rozbila sa Takyacuteto dej sa nazyacuteva imploacute-zia a je (podobne ako exploacutezia) doprevaacutedzanyacute silnyacutem zvukovyacutem efektom Tlak bol zvolenyacute tak aby guľka praskla bliacutezko osi hlbokovodneacuteho zvukoveacuteho kanaacutelu Zvuk imploacutezie sa zvukovyacutem kanaacutelom šiacuteril na vzdialenosť tisiacutecov kilometrov takže ho mohlo zachytiť vojenskeacute naacutemorniacutectvo USA ktoreacute malo na vhodnyacutech miestach oceaacutenu lode vybaveneacute citlivyacutemi hydrofoacutenmi spustenyacutemi do hĺbky zvukoveacuteho kanaacutelu Pri zachyteniacute signaacutelu na najmenej troch lodiach (s určenyacutem presneacuteho času prijatia signaacutelu) bolo možneacute triangulaacuteciou vypočiacutetať presnuacute polohu zostrele-neacuteho pilota Metoacutedu navrhol Maurice Ewing [4]
11 Roswellskeacute UFOV juacuteli roku 1947 havaroval pri vojenskej zaacutekladni v Roswelli tajomnyacute objekt ktoryacute novinaacuteri nazvali Roswellskeacute UFO Zaacutehada zamestnaacutevala americkuacute tlač niekoľko mesiacov a vlaacuteda USA bola obviňovanaacute že utajuje kontakty s mimozemšťanmi Pravda vyšla na povrch až v roku 1994 keď vlaacuteda USA odtajnila priacuteslušneacute materiaacutely o pro-jekte MOGUL ako o tom piacuteše vo svojej knihe R Muller [4]
Bolo to obdobie začiacutenajuacutecej studenej vojny keď USA mali monopol na atoacutemovuacute bombu a žili v obavaacutech či ju naacutehodou nevyvinul aj Sovietsky Zvaumlz Pre Spojeneacute štaacutety bolo veľmi docircležityacutem vedieť či ZSSR neuskutočnil po-kusnyacute jadrovyacute vyacutebuch V tyacutech časoch neexistovali satelity ani nebola možnosť letecky monitorovať celyacute vzdušnyacute priestor ZSSR preto bolo treba naacutejsť inuacute metoacutedu diagnostiky Pri vyacutebuchu atoacutemovej bomby vznikaacute v atmosfeacutere veľmi silnaacute raacutezovaacute vlna ktoraacute sa šiacuteri troposfeacuterou až do stratosfeacutery Na detekciu tejto vlny bol využityacute stratosfeacuterickyacute zvukovyacute kanaacutel Ako je znaacuteme [3] teplota vzduchu vo vyššiacutech vrstvaacutech troposfeacutery klesaacute až do vyacutešky 10ndash12 km v tropopause je viac menej konštantnaacute a od vyacutešky 18ndash20 km začiacutena znovu stuacutepať V stratosfeacutere sa teda nachaacutedza zvukovyacute kanaacutel ktoryacutem sa mocircže zvuk šiacuteriť na obrovskeacute vzdialenosti A praacuteve tento jav bol použityacute na detekciu priacutepadnyacutech jadrovyacutech vyacutebuchov protivniacuteka Projekt MOGUL spočiacuteval vo vytvoreniacute niekoľkyacutech špeciaacutelnych stratosferickyacutech baloacutenov vybavenyacutech cit-livyacutemi mikrofoacutenmi a aparatuacuterami na priacutejem niacutezkofre-kvenčnyacutech zvukovyacutech vĺn Jeden z takyacutechto baloacutenov havaroval pri Roswelli Kvocircli utajeniu vlaacuteda USA pod-porovala kryciu verziu o mimozemšťanoch5
ZaacuteverFyzika je jednou z najdocircležitejšiacutech discipliacuten ktoraacute maacute priamy dopad na rozvoj civilizaacutecie a najmauml jej zaacutesluhou využiacutevame všetky vyacutehody priacutestrojov a technoloacutegiiacute ktoreacute naacutes obklopujuacute Na druhej strane fyzika maacute v suacutečasnej spoločnosti veľmi niacutezku popularitu a jej vyacuteznam si maacutelokto uvedomuje Je preto veľmi docircležiteacute popularizovať fyziku a neustaacutele poukazovať na jej priacutenos pre priemysel lekaacuterstvo a všetky oblasti ľudskej činnosti Duacutefame že materiaacutel uvedenyacute v člaacutenku prispeje k zvyacutešeniu zaacuteujmu žiakov a študentov o fyziku
5 httpreinepfileswordpresscom201107roswell-crashed-saucer-original-photo1jpg obraacutezek doplněn redakciacute
Obr 14 ndash Roswellskeacute UFO5
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Školskaacute fyzika 20131 Přetiskujeme
5
Literatuacutera [1] ILKOVIČ Dionyacutez Fyzika I Bratislava Alfa 1969[2] Dostupneacute na httpwwwsengpielaudiocomcalculator-airpressurehtm[3] BEDNAacuteR Jan Meteorologie Praha Portaacutel 2003[4] MULLER Richard A Physics for Future presidents Ch7 Waves Dostupneacute na httpmullerlblgov
teachingphysics10PffP_textbookPffP-07-waves-5-27htm[5] The Free Dictionary by FARLEX Atmospheric Acoustics Dostupneacute na httpencyclopedia2
thefreedictionarycomAtmospheric+acoustics[6] ROSS Charles D Civil War Acoustic Shadows Shippensburg White Mane Books 2001[7] LURTON Xavier An Introduction to Underwater Acoustics Berlin Heidelberg New York Springer
Verlag 2002[8] Windows to the Universe Dostupneacute na httpwwwwindows2universeorg[9] Wikipedia Dostupneacute na httpenwikipediaorgwikiFileSOFARpng[10] MetEd Dostupneacute na httpswwwmeteducaredu[11] Wikipedia Dostupneacute na httpenwikipediaorgwikiLeonid_Brekhovskikh[12] BRECHOVSKICH Leonid M Volny v sloistych sredach Moskva Leningrad Izd AN SSSR 1957[13] PAYNE Roger and WEBB Douglas Orientation by Means of Long Range Acoustic Signaling in Baleen
Whales In Annals NY Acad Scivol 188 1971
Juraj Slabeycius Ako veľryby telefonujuacute ndash fyzikaacutelna akustika netradične II
Školskaacute fyzika 20131 Přetiskujeme
5
Literatuacutera [1] ILKOVIČ Dionyacutez Fyzika I Bratislava Alfa 1969[2] Dostupneacute na httpwwwsengpielaudiocomcalculator-airpressurehtm[3] BEDNAacuteR Jan Meteorologie Praha Portaacutel 2003[4] MULLER Richard A Physics for Future presidents Ch7 Waves Dostupneacute na httpmullerlblgov
teachingphysics10PffP_textbookPffP-07-waves-5-27htm[5] The Free Dictionary by FARLEX Atmospheric Acoustics Dostupneacute na httpencyclopedia2
thefreedictionarycomAtmospheric+acoustics[6] ROSS Charles D Civil War Acoustic Shadows Shippensburg White Mane Books 2001[7] LURTON Xavier An Introduction to Underwater Acoustics Berlin Heidelberg New York Springer
Verlag 2002[8] Windows to the Universe Dostupneacute na httpwwwwindows2universeorg[9] Wikipedia Dostupneacute na httpenwikipediaorgwikiFileSOFARpng[10] MetEd Dostupneacute na httpswwwmeteducaredu[11] Wikipedia Dostupneacute na httpenwikipediaorgwikiLeonid_Brekhovskikh[12] BRECHOVSKICH Leonid M Volny v sloistych sredach Moskva Leningrad Izd AN SSSR 1957[13] PAYNE Roger and WEBB Douglas Orientation by Means of Long Range Acoustic Signaling in Baleen
Whales In Annals NY Acad Scivol 188 1971
