Acústica Marina

1ACACSTICSTICAAMM RINARINA* * OndasOndas* * PropagaciPropagacinn en el maren el mar

( ( conceptosconceptos ))

Ral Palacios P.Octubre, 2004

ACACSTICSTICAAMM RINARINA* * OndasOndas


Definicin Clasificacin Anatoma Interferencias Patrones de Irradiacin

2OndasOndasPerturbacin en funcin del tiempo o del espacio (o ambos),

que se propaga a travs de un medio o en el vaco

Acstica Marina (3/55)

OndasOndasperturbaciperturbacinn queque se se propagapropaga


transportantransportan energenergaa de un de un lugarlugar a a otrootro

3OndasOndasperturbaciperturbacinn queque se se propagapropaga

formandoformando frentesfrentes de de ondaonda


ClasificaciClasificacinn de la de la ondasondas


II.II.-- PorPor la la direccidireccinn del del movimientomovimiento de de laslaspartpartculasculas individualesindividuales: :

I.I.-- PorPor la la necesidadnecesidad o no de o no de requerirrequerir dedeun un mediomedio parapara propagarsepropagarse: :

* Longitudinales* Transversales* Superficiales

* Mecnicas* Electromagnticas

4se propagan a travs de un medio.


OndasOndas MecMecnicasnicas::

se propagan a travs del vaco.


OndasOndas ElectromagnElectromagnticasticas::

5OndasOndas LongitudinalesLongitudinales (1/3):(1/3):Las partculas se mueven en la misma direccin en que se propaga la onda


OndasOndas LongitudinalesLongitudinales (2/3):(2/3):Las partculas se mueven en la misma direccin en que se propaga la onda


6OndasOndas LongitudinalesLongitudinales (3/3):(3/3):Las partculas se mueven en la misma direccin en que se propaga la onda


El sonido es una El sonido es una onda longitudinalonda longitudinal

Movimiento horizontal Movimiento horizontal de las espiras en un de las espiras en un

resorte estiradoresorte estirado

OndasOndas TransversalesTransversales (1/2):(1/2):Las partculas se mueven perpendicularmente

a la direccin en que se propaga la onda


7OndasOndas TransversalesTransversales (2/2):(2/2):Las partculas se mueven perpendicularmente

a la direccin en que se propaga la onda


Movimiento vertical de Movimiento vertical de las espiras en un las espiras en un resorte estiradoresorte estirado

OndasOndas SuperficialesSuperficiales::Las partculas se mueven circularmente

mientras se propaga la onda


8AnatomAnatomaa de de unauna ondaonda (1/2)(1/2)::

Resorte en movimiento

Movimiento pendular


Partculas de aire en un ducto

Cclo

Mximo desplazamiento de las partculas

(Puntos de mxima presin)

Mnimo desplazamiento de las partculas

(Puntos de mnima presin)

AMPLITUD (A)(desplazamiento

reposo-crestade una partcula)

LONGITUD DE ONDA ()(Longitud de un ciclocompleto: m, cm, etc)

FRECUENCIA (f) = aciclossegundoPERIODO (T)(Tiempo para que una partculacomplete un ciclo= Segundos)


AnatomAnatomaa de de unauna ondaonda (2/2)(2/2)::

f = 1T

VELOCIDAD (v) = . fDepende de las propiedades

elsticas (compresibilidad) e inerciales (densidad) del medio y

no de los parmetros de la onda

- Resorte -

ciclo

9Acstica Marina (17/55)

Las Las formasformas de de ondaonda son son diversasdiversas(no son (no son sslolo sinusoidalessinusoidales))

InterferenciaInterferencia entreentre ondasondas (1/4)(1/4)((constructivaconstructiva y y destructivadestructiva))


Dos ondas viajandoen sentido opuesto

Principio de SuperposiciPrincipio de Superposicinn

10



Dos ondassinusoidales (iguales)

viajando en igual direccin



Dos ondas sinusoidales (conigual amplitud y frecuencias

cercanas) viajando con la misma velocidad

11



Dos ondas sinusoidales(iguales) viajando en

sentido puesto:

ONDA ESTACIONARIA

PatronesPatrones de de irradiaciirradiacinn ((monopolomonopolo))


PatrPatrnn omnidirectivoomnidirectivo o o isotrisotrpicopico

12

PatronesPatrones de de irradiaciirradiacinn ((dipolodipolo))


PatrPatrnn directivodirectivo

PatronesPatrones de de irradiaciirradiacinn ((cuadripolocuadripolo))


PatrPatrnn directivodirectivo con con cuatrocuatro llbulosbulos principalesprincipales

13

PatronesPatrones de de irradiaciirradiacinn ((cuadripolocuadripolo))

Campolejano

Campocercano


PatrPatrnn directivodirectivo con con llbulosbulos principalesprincipales y y secundariossecundarios

PatronesPatrones de de irradiaciirradiacinn ((espacialesespaciales))


14

PatronesPatrones de de irradiaciirradiacinn ((espacialesespaciales))



PatronesPatrones de de irradiaciirradiacinn ((ejemplosejemplos))

15


PatronesPatrones de de irradiaciirradiacinn ((ejemplosejemplos))

Furuno FSV-24( 600 elementos )

HF

Otros( 256 elementos )

Hc

HF > Hc

PatronesPatrones de de irradiaciirradiacinn ((sonaressonares))


16


IntermedioIntermedio

15 15 minutosminutos

ACACSTICSTICAAMM RINARINA* * PropagaciPropagacinn en el maren el mar


Propiedades de las ondas Perfiles de temperatura, presin y salinidad Perfil de la velocidad del sonido en el mar Propagacin, canales snicos y zonas ciegas Factores en la deteccin de ecos por los sonares

17

PropiedadesPropiedades de de laslas ondasondas

ReflexiReflexinn (1/3)(1/3)::Se produce cuando la onda Se produce cuando la onda encuentra un obstencuentra un obstculo o un culo o un medio de caractermedio de caractersticas sticas diferentesdiferentes


CoeficienteCoeficiente de de ReflexiReflexinn (R):(R):

R = ArAiEs una funcin de las velocidades de propagacin y las densidades de mbosmedios.

PropiedadesPropiedades de de laslas ondasondasReflexiReflexinn (2/3)(2/3)::Se produce cuando la onda encuentra un obstSe produce cuando la onda encuentra un obstculo culo o un medio de caractero un medio de caractersticas diferentessticas diferentes


Qu pasa con , f, v y A del pulso incidente y reflejado?

Cuerda con extremo libre Cuerda con extremo fijo

18


PropiedadesPropiedades de de laslas ondasondasFenFenmenosmenos asociadosasociados a a la la ReflexiReflexinn (3/3)(3/3)::

EcoEco

ReverberaciReverberacinn

PropiedadesPropiedades de de laslas ondasondasRefracciRefraccinn (1/2)(1/2)::La onda cambia de direcciLa onda cambia de direccin al penetrar en otro medio n al penetrar en otro medio donde la velocidad de propagacidonde la velocidad de propagacin es diferente. n es diferente.


La onda cambia de velocidad y de longitud de ondaLa onda cambia de velocidad y de longitud de onda

El ngulo de Refraccin (2)depende del ngulo de incidencia 1 y de las velocidades de propagacin en los dos medios

El ngulo Crtico (1 crtico )depende slo de las velocidades de propagacin en los dos medios

19

PropiedadesPropiedades de de laslas ondasondasRefracciRefraccinn (2/2)(2/2)::La onda cambia de direcciLa onda cambia de direccin al penetrar en otro medio n al penetrar en otro medio donde la velocidad de propagacidonde la velocidad de propagacin es diferente. n es diferente.


Qu pasa con , f, v y A de los pulsos incidente, transmitido y reflejado?

Cuerda delgada Cuerda gruesa Cuerda gruesa Cuerda delgada

PropiedadesPropiedades de de laslas ondasondas

DifracciDifraccinn::Se produce cuando la onda Se produce cuando la onda cambia de direccicambia de direccin al pasar a n al pasar a travtravs de una abertura o al s de una abertura o al bordear una barrera.bordear una barrera.

ISLA


20

La La velocidadvelocidad del del sonidosonido en el maren el mar

FactoresFactores queque la la afectanafectan::

TEMPERATURATEMPERATURA


PRESIPRESINN SALINIDADSALINIDAD

Prof

undi

dad

Temperatura

La velocidad del sonido enel mar aumenta en 3 m/spor cada grado de aumentoen la temperatura del agua

VelocidadVelocidad del del sonidosonido en el maren el mar((PerfPerfll de la de la temperaturatemperatura del del aguaagua))


21

Prof

undi

dad

Presin

La velocidad del sonido enel mar aumenta en 1.7 m/spor cada 100 m de aumentoen la profundidad del agua

VelocidadVelocidad del del sonidosonido en el maren el mar((PerfPerfll de la de la presipresinn del del aguaagua))


Prof

undi

dad

Salinidad

La velocidad del sonido enel mar aumenta en 1.3 m/spor cada 1ppm de aumentoen la salinidad del agua

VelocidadVelocidad del del sonidosonido en el maren el mar((PerfPerfll de la de la salinidadsalinidad del del aguaagua))


22

PerfPerfll ttpicopico de la de la velocidadvelocidad del del sonidosonido en el maren el mar

Prof

undi

dad

del a

gua

(m)

Velocidad del Sonido (m/s)1500 15201480

1000

2000

3000

Capa Superficial

Termoclina Estacional

Termoclina Permanente

Capa Isoterma Profunda


Aguas fras

Aguas clidas

TeorTeoraa de la de la propagacipropagacinn del del hazhazssniconico en el maren el mar

PostuladosPostulados::

El haz sEl haz snico, en un medio uniforme, nico, en un medio uniforme, se propaga en lse propaga en lnea recta, como un rayo.nea recta, como un rayo.

El haz sEl haz snico cambiarnico cambiar de de direccidireccin cuando pase por n cuando pase por dos medios diferentes dos medios diferentes (Refracci(Refraccin).n).

El haz sEl haz snico se dirigirnico se dirigirhacia la regihacia la regin en la que su n en la que su velocidad sea menor.velocidad sea menor.


23

Velocidad del Sonido

Prof

undi

dad

ISOVELOCIDAD


Prof

undi

dad

GRADIENTENEGATIVA


Prof

undi

dad

GRADIENTEPOSITIVA

CaracterCaractersticassticas del del mediomedio de de propagacipropagacinn del del sonidosonido respectorespecto a la a la

velocidadvelocidad



Prof

undi

dad

ISOVELOCIDAD

Transductor

DETECCIN DE ECOS A RANGOS MXIMOS

PropagaciPropagacinn del del sonidosonido en en aguasaguas con con isovelocidadisovelocidad


24


Tem

pera

tura

/ Pr

ofun

dida

d

ISOTERMO

Transductor

PropagaciPropagacinn del del sonidosonido en en aguasaguasisotermasisotermas

DETECCIN DE ECOS A RANGOS MXIMOS


MEDIO CONGRADIENTE TRMICO

NEGATIVO

PropagaciPropagacinn del del sonidosonido en en aguasaguas con con gradientegradiente negativanegativa de de temperaturatemperatura

EL HAZ SNICO SE DOBLA HACIA ABAJO, HACIA REGIONES DONDE LA TEMPERATURA

ES MENOR Y LA VELOCIDAD DEL SONIDO, TAMBIN

Prof

undi

dad

T V

Transductor

AGUAS CLIDAS

AGUAS FRIAS

ZONACIEGA


25

PropagaciPropagacinn del del sonidosonido en en aguasaguas con con gradientegradiente positivapositiva de de temperaturatemperatura

EL HAZ SNICO SE DOBLA HACIA ARRIBA, HACIA REGIONES DONDE LA TEMPERATURA

ES MENOR Y LA VELOCIDAD DEL SONIDO, TAMBIN

MEDIO CONGRADIENTE TRMICO

POSITIVO

Prof

undi

dad

T VTransductor

AGUAS FRIAS

AGUAS CLIDAS

ZONACIEGA


PropagaciPropagacinn en en aguasaguas con dos con dos gradientesgradientes de de temperaturatemperatura (1)(1)

EL HAZ SNICO SE BIFURCA CUANO LA TEMPERATURA ES UNIFORME EN LA

SUPERFICIE Y FRA EN EL FONDO

Transductor

AGUAS ISOTERMAS

AGUAS FRAS

Prof

undi

dad

MEDIO ISOTRMICOSORE GRADIENTE

TRMICO NEGATIVO

T VZONACIEGA


26

PropagaciPropagacinn en en aguasaguas con dos con dos gradientesgradientes de de temperaturatemperatura (2)(2)

EL HAZ SNICO SE BIFURCA A LA PROFUNDIDAD DE LA CAPA SNICA

Transductor

AGUAS FRAS

MEDIO CON GRADIENTE TRMICAPOSITIVA SORE GRADIENTE

TRMICA NEGATIVA

Prof

undi

dad

T V

CAPA SNICA

ZONACIEGA


PropagaciPropagacinn porpor canal canal ssniconicosuperficialsuperficial

EL HAZ SNICO SE PROPAGAPOR UN CANAL SNICO SUPERFICIAL

Transductor

AGUASFRAS

ZONACIEGA

MEDIO CON GRADIENTE TRMICAPOSITIVA SORE GRADIENTE

TRMICA NEGATIVA

Prof

undi

dad

T V


27

PropagaciPropagacinn porpor canal canal ssniconicoprofundoprofundo

Transductor

MEDIO CON GRADIENTE TRMICANEGATIVA SORE GRADIENTE

TRMICA POSITIVA

Prof

undi

dad

T V

EL HAZ SNICO SE PROPAGAPOR UN CANAL SNICO PROFUNDO

ZONA CIEGA

ZONA CIEGA


FactoresFactores queque afectanafectan la la deteccideteccinn de de ecosecos en el sonaren el sonar

EQUIPOEQUIPO PotenciaPotencia acacsticastica

BLANCOBLANCOMEDIOMEDIO

DirectividadDirectividad del del hazhazde de transmisitransmisinn

UmbralUmbral de de deteccideteccinn

CaracterCaractersticassticas queque ofreceofreceparapara la la reflexireflexinn acacsticastica

PPrdidasrdidas porpor transmisitransmisinn

RuidoRuido acacsticostico

RuidoRuido de de mmquinasquinas RuidoRuido porpor flujoflujo laminarlaminar

CavitaciCavitacinn PropioPropio

RuidoRuido hidrodinhidrodinmicomico RuidoRuido biolbiolgicogico TrTrficofico oceoceniconico

RuidoRuido sssmicosmico

AmbientalAmbiental

PropagaciPropagacinn

AtenuaciAtenuacinn AbsorbciAbsorbcinn DispersiDispersinn((reverberacireverberacinn

volumvolumtricatrica, , superficial y de superficial y de

fondofondo))


28

ACACSTICSTICAAMM RINARINA


Acústica Marina

Documents

Transcript of Acústica Marina