Отражение, дифракция и прозрачность
Теперь - после звуковых каналов - меня мучит вопрос, почему звук изгибается в сторону слоев с меньшей скоростью звука (почему существует рефракция)?
С одной стороны, нечто подобное я уже видела со световым лучом:
Click to viewС другой стороны, если это некое отражение, то от чего звук отражается?
От более плотных слоев воды? Но почему более разогретые слои должны быть более плотными? Должно быть наоборот, и оно действительно наоборот - во всех жидкостях при их нагревании скорость звука падает. А вот в воде не так: в ней при нагревании до 74 С скорость звука растет! С чего бы?
А плотность воды максимальная при 4-5 С:
Значит, скорость звука в воде не зависит от плотности.
А почему звук, издаваемый дельфином (или эхолотом), отражается от стаи рыб?
Тут вроде бы все просто и давно известно: если длина волны намного больше расстояния между рыбами, она отразится от стаи рыб (и тогда под стаей рыб никто не заметит подводную лодку). Если длина волны будет примерно равна расстоянию между рыбами, волна пройдет сквозь них, но довольно сильно рассеется. Если же длина волны намного меньше расстояния между рыбами, то она вообще от источника звука далеко не уйдет - высокочастотный звук рассеивается на считанных сантиметрах слоя воды.
А одиночную рыбу длинная волна даже не заметит, пройдет так, будто и нет там никакой рыбы. Это значит, что одиночные рыбки "прозрачны" для таких волн, низкочастотные волны их "не замечают".
Но у меня "детский вопрос": а почему низкочастотная звуковая волна не может пройти сквозь стаю рыб? Что ей мешает?
Смотрим на знакомые по школе картинки, читаем определения, вспоминаем принцип Гюйгенса, и все равно непонятно, что не дает кусочку волны пройти между рыбками?
Однако удалось найти замечательные видео, по которым становится более ясно, что именно происходит
Гребень волны (зона сгущения) может сомкнуться за препятствием только если это препятствие полностью окружено впадиной (зоной разреженности).
Если препятствие близко по размеру к длине волны, то свободной зоны разреженности не будет, гребни волны не смогут сомкнуться за препятствием, возникнет "тень" или зона турбулентности.
Видно также, что гребень волны не может существовать отдельным фрагментом, окруженным зонами разреженности - он должен быть связан либо с препятствием, либо с другим гребнем волны, либо с зоной турбулентности. Именно поэтому возникают "колечки" в щели, сравнимой по размеру с длиной волны. И именно поэтому волна не может преодолеть узкую щель: гребень волны застревает между стенками щели, а соединиться со следующим гребнем не может, потому что следующий гребень слишком далеко. И этот следующий гребень теперь не может подойти к щели, а значит, он отражается.