回声形成原理

回声原理 回声是我们日常生活中常见的一种声现象。声波在传播过程中,碰到大的反射面(如建筑物的墙壁等)在界面将发生反射,人们把能够与原声区分开的反射声波叫做回声。人耳能辨别出回声的条件是反射声具有足够大的声强,并且与原声的时差须大于0.1秒。当反射面的尺寸远大于入射声波长时,听到的回声最清楚。

关于回声的应用,声响装置可谓典型。课本中介绍的用回声测海深、测冰山的距离和敌方潜艇的方位,都是由不同功能的声呐装置完成的。

1912年,英国大商船“坦塔尼克”号在赴美途中发生了与冰山相撞沉没的悲剧。这次大的海难事件引起了全世界的关注,为了寻找沉船,美国科学家设计并制造出第一台测量水下目标的回声探测仪,用它在船上发出声被,然后用仪器接收障碍物反射回来的声波信号。测量发出信号和接收信号之间的时间,根据水中的声速就可以计算出障碍物的距离和海的深浅。第一台回声探测仪于1914年成功地发现了3千米以外的冰山。实际上这就是现在被广泛应用于国防、海洋开发事业的声响装置的雏形。

第一次世界大战时,德国潜水艇击沉了协约国大量战舰、船只,几乎中断了横跨大西洋的海上运输线。当时潜水艇潜在水下,看不见,摸不着,一时横行无敌。于是利用水声设备搜寻潜艇和水雷就成了关键的问题。法国著名物理学家郎之万等人研究并造出了第一部主动式声呐,1918年在地中海首次接收到2~3千米以外的潜艇回波。这种声呐可以向水中发射各种形式的声信号,碰到需要定位的目标时产生反射回波,接收回来后进行信号分析、处理,除掉干扰,从而显示出目标所在的方位和距离。

第二次世界大战期间,由于战争需要声呐装置更趋完善。战后,人们开始实验使用军舰上的声响探测鱼群。不但测到了鱼群,而且还能分辨出鱼的种类和大小。人们在此基础上研制出各种鱼探机,极大地促进了渔业的发展。

回声在地质勘探中也有广泛的应用。例如在石油勘探时,常采用人工地震的方法,即在地面上埋好炸药包,放上一列探头,把炸药引爆,探头就可以接收到地下不同层间界面反射回来的声波,从而探测出地下油矿。


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