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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。

水下光学基础 水和空气对光的传播来说，是不同的媒质，所以人在水下的视觉不同，一般产生视力减弱、 视野缩小 和色觉改变等。此外，由于水的混油、透明度差，能见度也会呈不同程度的降低。所有这些都会造成潜水 员的水下视觉困难。 但不论是在空气中，还是在水中或是其它媒质中，光的传播规律都是相同的。一、光的直线传誉 光是从物体发出来的，能经发出光的物体叫光源。例文太阳和气行等都是光源。如果光源本身的尺可 比到光源到观察点的距路小得很多时，这样的光源叫城台光源。能梦传播光为动质叫無光約建质。刨起： 空气、水和玻璃等都是光的蝶质。 在点光源的照射下，在不透明的物终背后会出现清济的彩子。 影子为老状与光源为中心食出的直线所 构成的几何投影形狀一致，在黑夜。我们可以观察到手电简发出的光，其路线是直的。这兰现余表明光在 空气中沿直线传播。 实验证明：光在任何一种均匀業质里都沿直线传福。这就是光的直线传播定锋。 应注意的是，光线只在均匀的媒质中沿直线传语。在丰均匀媒质中光线装医折封而考三， 单位时间内光传播的更高叫光遠。光遠与煤质的密度有关。媒质玄度起小，光遠这大。光在真空中的 速度为3×10"km /s。光在真空中的遠度 ，在空气中的速皮比在真空中路小，可运飲为 3x0m/s.光 在水中的速度大约是空气中的四分之三。在交旁中比水中还小很多。 光在真空中的传播遠度是一切物质运动遠度的聂大校限。 二、光的反射和折射定律 （一）光的反粉定律 光在均匀媒质中是直线传播的。兰光从一科媒质信指到另一業质时，在两科蝶质的分界面上，一部分 光返回原来的媒质，这种现象叫光的反射。 如图2.5所示，工是空气，I是平面镇，A0是入射光线。0日 是反时光线。我们把通过光的入射点。 垂直于镜面的直线 ON 叫法线。入射光线 A0 与法线 ON 的交角上AON 叫獄入射角，反射光线 08 与法錢 ON 的夹角??BON 叫微反射角。 实验证明：反射光线与入射光线和法线在同-平面上，反射光线和入射光錢分居在法钱两侧，反射角 等于入射角。这就是反射定律 如奥让光逆者原来的方向投射到界面上，那它就要逆者原来人射光的方向反射出去。可见，在光的反 射现象中，光路是可逆的。 光的反射 光线在任何两种媒质的界面上都会发生反射，但不同的界面对光的反射是不同的。平滑的界面，如镜 面、平静的水面等，能使平行的入射光线沿着同一方向反射出去，即反射光线也是平行的，这种反射叫做 镜面反射。如果界面租糙不平，即使入射光线是平行的，反射后的光线也不平行，而是射向各个方向，这 种反射叫做漫反射。必须注意，发生漫反射时，每一条光线还是遊守反射定律的。 （二）光的折射定律 光线从一种媒质进入到另一种媒质时，它的传播方向会改变，这种现象叫做光的折射。让一束光从空气中斜者射向水面，我们会看到， 除了一部分光反射回空气，改变了传播方向以外， 还有一部分光进入水中，也改变了传播方向。如图 反射伯 2-6 所示。 为光的入射点，NN’为法线，AO 为入 入射伯 射光，OB 为折射光，0C 为反射光，

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