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次声波的产生条件

发布时间:2019-07-10 08:10 来源:未知 编辑:admin

  次声(Infrasound)是频率低于可听声频率范围的声,它的频率范围大致为10-5Hz ~20Hz。次声学是研究次声波在媒质中的产生、传播和接收及其效应和应用的科学。

  声在大气中传播的衰减主要是由分子吸收、热传导、和粘滞效应引起的,吸收系数为 ,其中是空气的粘滞系数,f 为频率,c为声速,为空气密度,为比热比,K是空气的热传导系统,是定压比热。

  此外,湍流的作用也会引起次声波的衰减,但是它们的影响都很小,通常可略去不计。由于次声的频率很低,所以大气对次声波的吸收系数很小,因而其穿透力极强,可传播至极远处而能量衰减很小。10Hz以下的次声波可以跨山越洋,传播数千千米以远。1983年夏季,印度尼西亚苏门答腊和爪哇之间的喀拉喀托火山发生了一次震惊全球的火山爆发,产生的次声波曾绕地球转了3圈,历时108小时。

  1986年1月29日0时38分,美国航天飞机挑战者号升空爆炸,产生的次声波历时12小时53分钟。通常的隔音吸音方法对次声波的特强穿透力作用极微,7000赫兹的声波用一张纸即可隔档,而7赫兹的次声波用一堵厚墙也挡不住、次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土。

  大气温度密度和风速随高度具有不均匀分布的特性,使得次声在大气中传播时出现“影区”、聚焦和波导等现象。当高度增加时,气温逐渐降低,在20公里左右出现一个极小值;之后,又开始随高度的增加,气温上升,在50公里左右气温再次降低,在80公里左右形成第二个极小值;然后又升高。

  大气次声波导现象与这种温度分布有密切关系,声波主要沿着温度极小值所形成的通道(称为声道)传播,通常将20公里高度极小值附近的大气层称为大气下声道,高度80公里附近的大气层称为大气上声道。次声波在大气中传播时,可以同时受到两个声道作用的影响。在距离声源100 ~200公里处,次声信号很弱,通常将这样的区域称为影区。

  在某种大气温度分布条件下,经过声道传输次声波聚集在某一区域,这一区域称它为聚焦区。

  风也会对次声在大气中的传播产生很大的影响。次声的传播在顺风和逆风时差别很大:顺风时,声线较集中于低层大气;逆风时,产生较大的影区。不同频率的次声在大气声道中传播速度不相同,产生频散现象,这使得在不同地点测得次声波的波形各不相同。

  大气的密度随高度增加而递减,如果次声波的波长很大,例如有几十公里长,这时,在一个波长的范围内,大气密度已经产生显著的变化了。当大气媒质在声波的作用下受到压缩时,它的重心较周围媒质提高,这时除了弹性恢复力作用外,它还受重力的作用。

  反之,当它在声波作用下膨胀时,也有附加重力作用使它恢复到平衡状态。所以长周期的次声波,除了弹性力作用外,还附加有重力的作用,这种情况下,次声波通常称为声重力波。声重力波在大气中传播时,在理论上可以看作是一些简正波的叠加。基本上可分为声分支和重力分支。

  它们在大气中传播都具有频散现象。由于重力分支主要能量在地面附近传播。相应地面附近温度较高,因此传播速度较大。

  次声波具有较大的破坏性。高空大气湍流产生的次声波能折断万吨巨轮上的桅杆,能将飞机撕得四分五裂;地震或核爆炸所激发的次声波能将高大的建筑物摧毁;海啸带来的次声波可将岸上的房屋毁坏。

  次声的频率与人体器官的固有频率相近(人体各器官的固有频率为3~17Hz,头部的固有频率为8 ~12Hz,腹部内脏的固有频率为4~6Hz),当次声波作用于人体时,人体器官容易发生共振,引起人体功能失调或损坏,血压升高,全身不适;头脑的平衡功能亦会遭到破坏,人因此会产生旋转感、恶心难受。

  许多住在高层建筑上的人在有暴风时会感到头晕恶心,这就是次声波作怪的缘故。如果次声波的功率很强,人体受其影响后,便会呕吐不止、呼吸困难、肌肉痉挛、神经错乱、失去知觉,甚至内脏血管破裂而丧命。

  另一方面,通过研究自然现象产生的次声波的特性和产生机制,可以更深入地认识这些现象的特性和规律。

  例如人们利用测定极光产生次声波的特性来研究极光活动的规律等。利用接收到的被测声源所辐射出的次声波,探测它的位置、大小和其他特性,例如通过接收核爆炸、火箭发射火炮或台风所产生的次声波去探测这些次声源的有关参量。许多灾害性现象如火山喷发、龙卷风和雷暴等在发生前可能会辐射出次声波,因此有可能利用这些前兆现象预测灾害事件。

  次声在大气中传播时,很容易受到大气媒质的影响,它与大气中风和温度分布等有密切的联系。因此可以通过测定自然或人工产生的次声波在大气中传播特性的测定,可以探测某些大规模气象的性质和规律。

  早在第二次世界大战前,次声已应用于探测火炮的位置,可是直到50年代,它在其他方面的应用问题才开始被人们注意,它的应用前景很广阔,大致可分为下列几个方面:

  1.通过研究自然现象产生的次声波的特性和产生机制,更深入地认识这些现象的特性和规律。

  2.利用接收到的被测声源所辐射出的次声波,探测它的位置、大小和其他特性,例如通过接收核爆炸、火箭发射火炮或台风所产生的次声波去探测这些次声源的有关参量。

  3.预测自然灾害性事件,许多灾害性现象如火山喷发、龙卷风和雷暴等在发生前可能会辐射出次声波,因此有可能利用这些前兆现象预测灾害事件。

  4.次声在大气中传播时,很容易受到大气媒质的影响,它与大气中风和温度分布等有密切的联系。因此可以通过测定自然或人工产生的次声波在大气中传播特性的测定,可以探测某些大规模气象的性质和规律。这种方法的优点在于可以对大范围大气进行连续不断的探测和监视。

  5.通过测定次声波与大气中其他波动的相互作用的结果,探测这些活动特性。例如在电离层中次声波的作用使电波传播受到行进性干扰。可以通过测定次声波的特性,更进一步揭示电离层扰动的规律。同样,通过测定声波与重力波或其他波动的作用,可以研究这些波动的活动规律。

  6.人和其他生物不仅能够对次声产生某种反应,而且他(它)们的某些器官也会发出微弱的次声,因此可以利用测定这些次声波的特性来了解人体或其他生物相应器官的活动情况。

  7.次声波武器即一种由高能放大器驱动特制扬声器发射大功率20赫以下的低频声波即次声波的武器装置,一般由次声波发生器、动力装置和控制系统组成。

  目前研制的次声波武器主要有两类:一是神经型次声波武器,它的振荡频率同人类大脑的阿尔法节律(8~12赫)极为相近,产生共振时能强烈刺激大脑,使人神经错乱,癫狂不止;另一类是内脏器官型次声波武器,其振荡频率与人体内脏器官的固有振荡频率相近,可使人的五脏六腑产生强烈共振,破坏人的平衡感和方向感,使人恶心、呕吐及剧烈不适而失去战斗力。

  次声波还有渗透性强的特点,次声波炸弹一旦命中目标,转瞬之间,在方圆十几千米的地面上,所有的人将统统受到伤害。次声波可穿透15米厚的混凝土和坦克装甲钢板,即使人员躲进地铁、防空洞或坦克、装甲车辆内也不能幸免。次声波弹和中子弹一样,只杀伤生物而不摧毁建筑物,但它的杀伤威力却大大超过中子弹。

  为预防劫机事件,美国目前研制出一种次声波枪。这种新型声波武器可以发射“声波子弹”,即集束声波。威力强大的集束声波能够使劫机分子暂时失去行动能力,从而阻止劫机事件的发生。但这种声波不会对飞机本身造成丝毫损害。美国新增加的空中警察将配备这种新型声波枪。

  答:频率小于20Hz(赫兹)的声波叫做次声波。地震时,会产生各种频率的振动,但高频振动很快就衰减耗散掉了,而低频的次声波波长很长,能够传播很远。次声波还具有很强的穿...详情

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