摘要: 大家知道嗎，在水中進(jìn)行觀察和測(cè)量時(shí)，尤其是在比地面要復(fù)雜的多的深海里，很多探測(cè)手段似乎都沒(méi)有用武之地。比如光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人們也只能看到十幾米到幾十米內(nèi)的物體；普通的電磁波在水中也衰減太快，而且波長(zhǎng)越短，損失越大，即使用大功率的...
大家知道嗎，在水中進(jìn)行觀察和測(cè)量時(shí)，尤其是在比地面要復(fù)雜的多的深海里，很多探測(cè)手段似乎都沒(méi)有用武之地。比如光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人們也只能看到十幾米到幾十米內(nèi)的物體；普通的電磁波在水中也衰減太快，而且波長(zhǎng)越短，損失越大，即使用大功率的低頻電磁波，也只能傳播幾十米。
因?yàn)楹Ｋ懈缓娊赓|(zhì)，具有很多陰陽(yáng)離子。這是一種導(dǎo)電介質(zhì)，所以會(huì)對(duì)電磁波產(chǎn)生屏蔽作用，電磁波的絕大部分能量很快地以渦流形式損耗掉了。而聲波是一種機(jī)械波，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，聲音在水中傳播時(shí)會(huì)壓動(dòng)一部分水，被推動(dòng)的水又將另一部分水推動(dòng)，就這樣傳播下去。所以，聲波的傳播不會(huì)受電磁場(chǎng)影響，因此聲波是水下信息傳輸?shù)挠行лd體。
聲吶的“原型”
科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，也許海豚早在幾萬(wàn)年之前就發(fā)現(xiàn)了：聲波在水中傳播時(shí)的損耗要比光等電磁波要小得多。所以，它們選擇利用高頻率的聲波來(lái)傳達(dá)信息，它們?cè)谒掠蝿?dòng)時(shí)，將呼入的空氣在氣道中來(lái)回推動(dòng)，引起呼吸孔蓋口和瓣膜結(jié)構(gòu)的高頻震動(dòng)，在共鳴腔室的幫助下進(jìn)行放大，產(chǎn)生高頻聲波。與人類不一樣，海豚不是用嘴來(lái)“說(shuō)話”的，這些高頻聲波最終通過(guò)前額定向發(fā)出。當(dāng)然，海豚接收信號(hào)的方式也與人類不同，它只用耳朵接收低頻聲波，接收高頻聲波的部位就是前額了。基于這套復(fù)雜的“聲吶”系統(tǒng)，海豚就可以保證這些信息不會(huì)堙滅在浩瀚無(wú)際的大海啦。
（來(lái)源：aiqing163.com）
直到19世紀(jì)中葉，科學(xué)家模仿海豚傳達(dá)信息的方式，發(fā)明了一種碳粒微音器（也就是早期的水聽器）用于水底探測(cè)。經(jīng)過(guò)發(fā)展，成為現(xiàn)代海洋科學(xué)探測(cè)時(shí)的必備設(shè)備——聲吶（sonar）！
聲吶（sonar）這個(gè)單詞是由聲音?(sound)、導(dǎo)航?(navigation)?和測(cè)距?(ranging)?3個(gè)英文單詞的字頭構(gòu)成的。這是一種利用水中聲波對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、定位和通信的電子設(shè)備，在現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)或者其他水上工作中的使用非常普遍。
(來(lái)源：eeworld.com.cn)
其實(shí)不僅是海豚，水中的“大塊頭”——鯨魚，也是最先“破解”聲吶原理的大咖。而且，據(jù)研究，鯨魚的“聲吶系統(tǒng)”至少有2800萬(wàn)年歷史了呢。但是與海豚不同的是，鯨魚發(fā)出的是次聲波，并且發(fā)聲的方式也不同：不同種類的鯨魚發(fā)聲方式各不相同，對(duì)于“鯨魚如何發(fā)聲”這一問(wèn)題科學(xué)家還在努力探索中。
聲吶的工作原理
那么聲吶到底是怎樣工作的呢？其實(shí)現(xiàn)代聲吶技術(shù)按工作方式可分為主動(dòng)聲吶和被動(dòng)聲吶兩類，而聲吶系統(tǒng)一般是由發(fā)射機(jī)、換能器（水聽器）、接收機(jī)、顯示器和控制器等幾個(gè)部件組成（被動(dòng)聲吶一般無(wú)發(fā)射器）。
1.主動(dòng)聲吶
?????主動(dòng)聲吶由發(fā)射機(jī)發(fā)出電信號(hào)，經(jīng)由換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘?hào)并傳入水中。聲波是一種波，和光一樣，聲信號(hào)在水下遇到障礙物便會(huì)被反射。反射的聲信號(hào)被換能器接收后，再由其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并傳入接收機(jī)，待接收機(jī)處理后由顯示器和控制器顯示結(jié)果。從而得出目標(biāo)的位置、性質(zhì)等信息。主動(dòng)聲吶主要在海洋測(cè)繪，海洋漁業(yè)或者海洋信息通訊等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。
2.被動(dòng)聲吶
而被動(dòng)聲吶和主動(dòng)聲吶最大的不同就是不主動(dòng)發(fā)射聲波，而是被動(dòng)接收水中目標(biāo)產(chǎn)生的輻射噪聲或水聲設(shè)備發(fā)射的信號(hào)。這種方式對(duì)不想被人發(fā)現(xiàn)的潛艇等的監(jiān)測(cè)要更適合。在現(xiàn)代軍事領(lǐng)域，人們會(huì)利用被動(dòng)聲吶監(jiān)測(cè)敵艦，憑借被動(dòng)聲吶單程傳播的優(yōu)勢(shì)，可以保護(hù)自己不被敵艦發(fā)現(xiàn)。
(來(lái)源：vjshi.com)
深諳流體力學(xué)的海豚
你們有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，很多電影等視頻中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)這樣的鏡頭——郵輪在前進(jìn)，而海豚常常伴隨輪船左右，共同前行。這是為什么呢？難道是它們寂寞了，把輪船當(dāng)成朋友了嗎？其實(shí)不是的，海豚們是在用行動(dòng)來(lái)踐行流體力學(xué)的原理。
1、身形
海豚雖然看起來(lái)胖嘟嘟很可愛(ài)，但人家可是實(shí)實(shí)在在的流線型的體型呢，而且身體外側(cè)還“涂有”一層滑溜溜的脂質(zhì)做潤(rùn)滑劑，這種奇妙的身體構(gòu)造不僅可以有效減小渦流，還大大減小了與水的摩擦力。
2、游泳動(dòng)作
????模擬計(jì)算表明，海豚上下擺尾的幅度和頻率能使產(chǎn)生的尾渦（即尾部流場(chǎng)）最完整，所受阻力最小，推進(jìn)效率最高。而且，海豚每吸一次氣，能潛水近30分鐘。這精妙的身型，科學(xué)的游泳動(dòng)作，強(qiáng)大的肺，都證明海豚是天生的游泳健將。
3、隨船借力
????但是，這只可愛(ài)的游泳健將有時(shí)候也會(huì)“偷懶”。人們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)海豚經(jīng)常會(huì)在輪船旁邊，伴隨輪船一同前進(jìn)。其實(shí)，伴船前行的海豚是在借力、搭便車呢。因?yàn)檩喆诤叫械倪^(guò)程中，船體周圍會(huì)形成一個(gè)壓力圈，因而在其周圍會(huì)產(chǎn)生許多壓力波和壓力流，此時(shí)沿著壓力波和壓力流的方向前行，可以大大地減少體力的消耗。所以，海豚在輪船旁邊跳來(lái)跳去，不是因?yàn)槎嘞矚g你。其實(shí)是和你正巧順路，正在搭順風(fēng)車呢。
（來(lái)源：japan-tour.jp）
參考文獻(xiàn)：
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[5]?侯嬌嬌.?海豚聲吶的奧秘：獨(dú)特的聲吶系統(tǒng)[EB/OL].?https://baijiahao.baidu.com/s?id=1595963093000328211&wfr=spider&for=pc.2018-3-26.
