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趣味物理学
1.12.5 10.5 海底的回声
10.5 海底的回声

图10-5 回声探测仪的原理结构

人们一直想好好利用回声,让它为人类造福,可这种愿望一直迟迟未能实现,直到后来想出利用它测量海洋的深度,才让它大显身手。这个想法的出现纯属偶然。1912年,人类海难史上最严重的一次沉船事件发生了。当时世界上最大、最豪华、被誉为永不沉没的邮轮“泰坦尼克”号,在它第一次出航时撞上了冰山沉没了,船上乘客绝大部分葬身于冰冷的大海中。于是,为了确保航行安全,人们试图利用回声及早发现航线前方的冰山。不过,这个方法并不奏效,但在应用时发现它能有效地测量海洋的深度。就这样,回声找到了用武之地。

图10-5就是利用回声测量装置的简图。将一个弹药箱放在船舱的外侧,让它靠近船底。点燃弹药箱的火药,它们就会发出噼啪的响声。响声通过水面传播到了海底,随后从海底反射到船底一个能接收它的灵敏仪器上。用一只很精准的时钟分别记下声音产生的时刻和回声传回的时刻,根据 时间差和声音在水里的传播速度,我们就能轻松求出海底反射面的距离,也就是测量出了海洋深度了。

人们将这种测量海洋深度的装置叫作声呐,如今它在海洋测量中已获得广泛的应用。这之前,人们要测量海洋的深度,得让船只保持不动,而且每次得花好长时间。测量的仪器也很笨重。一端系着沉重测量锤的长绳从它缠绕的大绞盘上放下,随着测量锤往海底深处沉降,这个垂直下沉的过程有点慢,每分钟大约150米;要是把它拉上来呢,就更慢了。如此算来,要是海底深3000米的话,测量一次得花45分钟以上。如果用回声测深器,这样的深度,几秒钟就可以解决。不仅船只可以照常航行,并且测量结果也要精准得多。据现在最新的测量数据分析,其测量误差不足米,这相当于测量时间计时达到了秒。

声呐能有效地、精准地测量出海洋的深度,这不仅大大促进了海洋学的发展,更有利于船只在浅海里航行靠岸,确保航行的安全。回声测深器能又快又准地测量水深,人们就能及时知道海底的情况,自如快速地靠岸了。

话说回来,现在的声呐已经不是一般人耳能听见的声音了,而是采用超声波,它的频率非常高,每秒达几百万次,这个频率的声音人耳无法分辨。这种声音是由快速交变电场的石英片产生的。