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水下声学基础.声波的概念 声音是怎样产生的？观察各种发声物体，可以发现它们只有振动时才能发出声音，振动停止时，声音 也消失了。这说明声音是由物体的振动产生的。 振动着的发声物体就叫做声源。 声源振动发出的声音，怎么能传到人耳呢？原来在声源和人耳中存在着能够传播振动的物质，比如空 气等，这种能够传播声音的物质叫做声音的媒质 声源的振动，使周围的媒质产生疏密的变化，形成疏密 相间的织波，这就是声波。不仅空气能够传播声波，其它气体、固体和液体也能传播声波。因为真空中没 有传播声音的媒质，故声波不能在真空中传播。人耳能够听到的振动频率，是有一定范围的，即在 20Hz~ 20 000 五z之间。频率在 10-Fz~20 Hz 的机械波，人耳是听不到的，称为次声波。频率在 2×10"Hz~2× 0"Fz 的机械波，人耳也感觉不到，称为超声波。 当然，是否引起人的听觉，不完全由机械波的频率决定，还与声强有关，对每一频率的声波，声强都 有一个上限值， 一个下限值，低于下限值或高于上限值都不能引起人耳听觉。 f=1/T (2-13) 在声波的传播过程中，振动传播的速度叫波速，用 V表示。它的大小取决于媒质的性质。 例如：声波在 0C的空气中速度为 332m/s，20°C时是 344 m/s，30°C时是 349 m/s。声波在几种媒质中 的传播速度见表 2-5。 0C时几种媒质中的声速 m/s 媒质 经公 水 铁 玻 璃 声建 332 1 450 3 800 4 900 5 000-- 6 000 #I* 3 320 花2-5 橡駮 30~50 在一周期的时间工 内，振动在媒质中传播的距离，叫波长，用入表示。 波长^与频率 士和波速 V 有着密切的关系。在均匀媒质中，振动是匀速传播的，也就是说波速是恒量。 这时，波长等于波速与周期的乘积，即： 入=VT或 V=Af (2-14) 声源振动发出的声音，差别很大。有的声音，比如各种乐器发出的声音，悦耳动听，我们把这种声音 叫乐音。有的声音，比如泥凝士搅拌机、空气压缩机等发出的声音，嘈杂刺耳，我们把这种声音叫噪声。 噪声对人体的有严重危害，长期处在较高噪声环境里工作，会使人的神经紧张，心率加快，严重 危害人的身心。

混合气 ?混合气的概念 混合个是指两种或两种以上单一一气体找一定此例混合所组成的均匀混合的气体。 潜水中呼吸的混合气一般买用人工配前而成，器用的配制方法有。分压配气法、容积配气法、流電 气法及称量配气法等。 金个是被路见的天然泥合气。它含有额、每、三氧化碳、水不汽等成份。空气是當用的谱水呼吸个 源。因空气中含有大的魚。 在深落水时，会使港永民发生無麻醉。故在深港水中第用氧气和其它一些情 性气体配成灣水混合气体。现今常用的是角街，和家气校一定比例配制成氢氧混合气，用于氢氧潜水和 混合气具有一定的压理，一瓶装有菜种混合气的气瓶，我们用压力表可测出这瓶混合一的压强。这个 压强是由混合气中各个成份共同作用的结果，我们把它称做混合气的总压。如果我们把混合气体中某一成 份气体单独留在气瓶内，其它成份全部排出气瓶，这时所留下的单一气体将单独占据整个气瓶的空间。我 们用压力表能够测出这种单一成份气体的压强。泥合气体中，某种单一成份的气体的压强叫做混合气体中这种单一成份气体的分压。故在混合气体中， 每一种成份的单一气体都具有各自的分压。 二、道尔顿定律 混合气的总压用压力表可轻易测得，但混合气中某种成份气体的分压几乎不可能用压力表测出。 因为 我们无法在容器中仅保留某种气体，而把其它成份气体排出。 英国科学家道尔顿通过实验证明： 混合气体的,总压强，等于各组成成份气体的分压之和，即： P=Pi+P2+Pst?Pn (2-10) 式中：P一混合气的总压强 P P2???P. 各组成成份气体的分压。 我们把 2-10式称做道尔顿定律，也叫分压定律。 道尔顿指出混合气中任何一种气体的分压与这种气体在整个容器中的分子百分数（体积百分比）成正 比。 道尔顿定律可用于计算混合气中菜种成份气体的分压，即： Px-P ?C (2-11) 式中：P一某种气体的分压 P一混合气总压 C一某种气体在混合气中所占的体积百分比。 例2.6 己知空气中 の、N，和CO，的体积分别占空气总体积的 21%、78%和 0.03%。求在常压及水下 50m 时，它们各自的分压。 解：常压下，空气的总压强为 0.IMPa，水下 50m 时，空气的压强变为 0.6MPa。在空气的压缩过程中， 各种成份的百分比不变。 据 2-11 式，在常压时，Po?= 0.l×21% =0.021(MPa) PN2=0.1x78% =0.078(MPa) Poo2= 0.1×0.03%=0.000 03(MPa)在水下 50m 时，三、水面等值 从上面例题中，可以看出，潜水员在 50m 水深时，从空气中吸入的氧分子的数量，比在常压(0.1MP, 从纯氧中吸入的氧分子数量还多得多。 同样吸入的二氧化碳分子数也为在水面正常空气中的六倍。为了 较气体在高压环境和常压环境对人体生理作用的影响，我们引入水面等值的概念。 所谓水面等值，指在某一深度的水中， 一定分压的某种气体的浓度，与在水面常压(0.1MPa)时呼吸白 合气体中含x％的这种气体相同。即：式中：SE一水面等值 P 一气体在某深度水中的分压 例2.7 某种混合气体中，CO,分压为 0.003MPa( 压)。问其水面等值为多少？ 解：己知 Pco2=0.003MPa，根据 2-12式，可得：SE = 6., * = 0,023 x = 3% ?其水面等值为 3%。 上例中，说明潜水员在水下所吸入的二氧化碳的数量，相当于在水面常压下呼吸的气体中含有 3%的 二氧化碳，这对潜水员来说是相当危险的，即可能引起二氧化碳中毒症状。为了避免这种现象的出现，应 严格控制呼吸气源中二氧化碳的含量，并经常对潜水头盔进行通风，防止头盔内二氧化碳大量积聚引起分 压过高。 四、气体的弥散 气体的弥散，是指某种气体的分子，通过自身的运动而进入另一种物质分子间隙内部的现象。它是气 体分子在分压作用下运动的结果。 把两种气体放在同一容器内，尽管两种气体的密度不同，但到 ，这两种将完全均匀混合。 气体的弥散遵循从高分压向低分压区扩散的规律。分压的差值越大，弥散的速度也越快。