Наше поколение стало свидетелем необычайной победы человеческого разума — начала проникновения в космос. Перед молодежью открываются увлекательные, полные заманчивости перспективы межпланетных путешествий и открытий.
Но есть еще и на нашей «обжитой» планете Земля много неизученных «белых пятен», среди них почти неизвестный на всю его глубину Мировой океан с его подводными горами и впадинами, со своим растительным и животным миром, со своими физическими законами. В изучении его большую пользу приносит гидроакустика — сравнительно молодая наука, имеющая большое будущее.
Эта наука имеет большое прикладное значение. Современные подводные корабли не могут обойтись без гидроакустических приборов, которые являются «ушами» и «глазами» подводных лодок. Гидроакустические приборы необходимы также и для мореплавания и рыболовства.
О том, что такое гидроакустика, как устроены гидроакустические приборы и как гидроакустика служит нам в мирных и военных целях, рассказывает автор в этой книге.
БЕЗМОЛВНЫ ЛИ МОРСКИЕ ГЛУБИНЫ?
Люди прошлых веков представляли себе морские глубины как таинственный «мир безмолвия». Они были правы и не правы. Правы в том, что человек в воде слышит меньше звуков, чем на суше. Не правы в том, что в глубине моря, как и в воздухе, проносится много различных звуков, которые не улавливаются ухом человека, но доступны органам слуха многих животных.
Море живет сложной жизнью. Площадь водной поверхности на нашей планете в два с лишним раза больше, чем площадь суши. Количество видов различных животных в море больше, чем на суше. Шум морского прибоя, грохот подводных извержений передаются в морских глубинах на большие расстояния, чем в воздухе.
Но для человека, не вооруженного приборами, этот мир представляется в действительности «миром безмолвия». До начала XX века почти не изучались законы распространения звука в море, незначительно исследовался только поверхностный слой океана (примерно до глубины 10–15 метров) для нужд мореплавания и рыболовства, в то время как в океане имеются впадины глубиной свыше 11 000 метров.
Интерес к изучению морских глубин и особенно слышимости звуков в морских глубинах проявился в связи с усовершенствованием новых грозных кораблей — подводных лодок, главным преимуществом которых была скрытность.
Началось это так. Шла первая мировая война. 22 сентября 1914 г. три крейсера государства, которое в то время считало себя «владычицей морей», находились в дозоре в Северном море. Внезапно у борта одного из крейсеров возник мощный взрыв, и корабль начал тонуть. Два других крейсера поспешили на помощь, но один из них вскоре разделил участь первого. Третьему пришлось спасать команды с двух крейсеров, но вскоре и он пошел ко дну от такого же таинственного взрыва большой силы. Море было чисто, только обломки погибших кораблей да кое-где головы боровшихся за жизнь людей были видны на поверхности. Не сделав ни одного выстрела, все крейсера погибли, а вместе с ними 1135 человек. Гордые английские крейсера стали добычей маленькой немецкой подводной лодки — они были в течение одного часа торпедированы ею.
ЗВУК И СЛУХ
Какие бывают звуки?
Затаите дыхание. Внимательно прислушайтесь. Что вы слышите? Оказывается, вы слышите очень много звуков, о существовании которых и не подозревали.
Человеческое ухо привыкает к постоянным, непрерывно действующим звукам и перестает их замечать.
Часто возникает сомнение, идут ли настольные часы или будильник. Но стоит напрячь внимание, как вдруг вы начинаете слышать звук хода часов, который еще долго будет преследовать ваш слух, пока вы не отвлечетесь и не перестанете его вновь замечать.
Где бы вы ни находились, в любое время суток и года вас окружает многообразный мир звуков: то пронзительно резких, грубых, неожиданных, то осторожных, ласковых, мелодичных, а часто едва уловимых.
Причины возникновения звуков различны. Есть звуки, создаваемые природными явлениями, стихией, и звуки, создаваемые различными механизмами, транспортом, прохожими и т. д. Эти звуки сливаются в общий звук, воспринимаемый ухом как шум. Но есть звуки вполне определенные, например, музыка, пение, разговорная речь одного человека. Если в первых звуках, т. е. шуме, наблюдается беспорядочность, то вторые носят вполне определенный характер.
Что такое звук?
Зазвонил звонок. Вы слышите резкий звук. Что происходит? А все объясняется довольно просто. Молоточек звонка ударяет по металлической чашке, которая колеблется.
Окружающий чашку звонка воздух от ее колебаний то сгущается, то разрежается. Сгущения и разрежения воздуха быстро распространяются все дальше и дальше, наконец достигая органа слуха (рис. 1).
Рис. 1.
Колебания чашки звонка создают сгущение и разрежение воздуха
.
Какие звуки слышит человек?
Затаив дыхание и внимательно прислушавшись вы услышите много других звуков, которых не слышали раньше. Однако есть много таких звуков, которые мы не слышим даже при большом напряжении слуха. Они называются
неслышимыми звуками.
Человеческое ухо способно воспринимать звуковые колебания с частотой от 16 до 20 000 колебаний в секунду (герц). Дети воспринимают звук большей частоты — до 22 000 герц, старые люди слышат звук с частотой не выше 16 000—18 000 герц. Вне пределов человеческого слуха остаются звуки, частота которых меньше 16 герц (эти звуки называются
инфразвуками
), и звуки, частота которых превышает 20 000 герц (эти звуки называются
ультразвуками)
.
Инфразвуки и ультразвуки как раз и относятся к неслышимым звукам.
Ультразвуки издают многие насекомые и некоторые животные. Кроме того, ультразвуки можно создать специальными устройствами, описанию которых в основном и посвящена настоящая книга.
Как было сказано, человеческое ухо различает звуки как по частоте, так и по интенсивности.
Какие звуки слышат животные?
Еще в старину человек подметил у многих животных удивительную способность слышать то, что не слышит человек. Он иногда приписывал это сверхъестественным силам, обожествлял некоторых зверей. В настоящее время можно ответить на этот вопрос научно.
Многие опыты подтвердили, что некоторые животные, птицы и насекомые не только издают, но и слышат звуки, частота которых превышает 20 000 герц, т. е. слышат ультразвуки. Собаки, например, обладают очень хорошим слухом, они слышат звуки с частотой до 40 000 герц.
Очень давно, когда еще не знали о существовании ультразвука, люди заметили, что собаки воспринимают какие-то звуки, которые человек не слышит. Это и натолкнуло людей впервые применить такие звуки на практике.
Браконьеры во время охоты подавали сигналы специальными свистками, звуки от которых не воспринимались человеческим ухом, но хорошо улавливались собакой. Это делалось для того, чтобы в случае необходимости подозвать к себе собаку, избежав встречи со сторожем.
А как обучить собаку выполнять команду, поданную неслышимыми звуками? Оказывается, это совсем нетрудно, необходима только небольшая дрессировка.
Неслышимые звуки действуют на организмы
Многочисленные опыты показали, что ультразвук не только оказывает действие на органы слуха, но, например, действует на простейшие живые существа губительно. Так, например, инфузории погибают, если в воде установить источник ультразвука. Уничтожаются ультразвуком многие микроорганизмы, даже такие стойкие, как туберкулезные палочки. Вирусы гриппа под действием ультразвука в течение одного часа понижают свою активность в тысячи раз.
Ультразвук действует и на более сложные организмы. Поместите в аквариум мощный источник ультразвука и вы заметите, что рыбки становятся малоподвижными, а через некоторое время вообще теряют способность двигаться, переворачиваются вверх брюшками и всплывают на поверхность (рис. 11).
Рис. 11.
Рыбы проявляют большое беспокойство под действием ультразвука.
