حاسبة سرعة الصوت في مياه البحر

سرعة الصوت في مياه البحر هي معلمة حاسمة لتطبيقات متنوعة في علم المحيطات، والملاحة البحرية، والأصوات تحت الماء. وهي تتغير مع درجة الحرارة والملوحة والعمق بسبب الخصائص الفيزيائية لمياه البحر. توفر الصيغة التجريبية طريقة لحساب سرعة الصوت في مياه البحر بدقة معقولة لمعظم الأغراض.

الخلفية التاريخية

لقد كانت دراسة انتشار الصوت في مياه البحر موضوعًا ذا أهمية للعلماء والملاحين لقرون. تطورت الصيغة التجريبية لحساب سرعة الصوت في مياه البحر من ملاحظات بسيطة إلى نماذج معقدة تراعي التفاعلات المعقدة بين درجة الحرارة والملوحة والضغط.

صيغة الحساب

تُعطى الصيغة التجريبية لحساب سرعة الصوت (ج) في مياه البحر بواسطة:

\[ ج = ١٤٤٩٫٢ + ٤٫٦ت - ٠٫٠٥٥ت² + ٠٫٠٠٠٢٩ت³ + (١٫٣٤ - ٠٫٠١ت)(م - ٣٥) + ٠٫٠١٦ع \]

حيث:

• (ت) هي درجة الحرارة بالدرجات المئوية،
• (م) هي الملوحة بالأجزاء في الألف (ppt)،
• (ع) هو العمق بالأمتار،
• (ج) هي سرعة الصوت بالأمتار في الثانية (م/ث).

مثال على الحساب

لمياه البحر بدرجة حرارة ١٠°م، وملوحة ٣٥ جزء في الألف، وعلى عمق ١٠٠ متر، تُحسب سرعة الصوت على النحو التالي:

\[ ج = ١٤٤٩٫٢ + ٤٫٦ × ١٠ - ٠٫٠٥٥ × ١٠² + ٠٫٠٠٠٢٩ × ١٠³ + (١٫٣٤ - ٠٫٠١ × ١٠)(٣٥ - ٣٥) + ٠٫٠١٦ × ١٠٠ ≈ ١٥٠٠٫٨٤ م/ث \]

أهمية وسيناريوهات الاستخدام

سرعة الصوت في مياه البحر أساسية للملاحة تحت الماء، وعمليات السونار، وأنظمة الاتصالات تحت الماء. إنها تؤثر على انتقال وانعكاس الموجات الصوتية، مما يؤثر على دقة قراءات السونار وكفاءة الاتصالات تحت الماء.

الأسئلة الشائعة

١. لماذا تزداد سرعة الصوت في مياه البحر مع العمق؟

• يؤدي زيادة الضغط مع العمق إلى زيادة سرعة الصوت لأن جزيئات الماء مضغوطة بشكل أقرب معًا، مما يسهل انتشار الصوت بشكل أسرع.

٢. كيف تؤثر درجة الحرارة على سرعة الصوت في مياه البحر؟

• بشكل عام، تزداد سرعة الصوت مع درجة الحرارة لأن الماء الأكثر دفئًا يحتوي على طاقة أكبر، مما يسمح للجزيئات بنقل الموجات الصوتية بشكل أسرع.

٣. لماذا يتم تضمين الملوحة في الصيغة؟

• تؤثر الملوحة على كثافة وخصائص مرونة مياه البحر، والتي بدورها تؤثر على سرعة الصوت. الملوحة الأعلى تعني الماء الأكثر كثافة، والذي يمكنه نقل الصوت بشكل أسرع.