「发明创造的故事」(187)——科学家发明声呐的故事

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科学家发明声呐的故事

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1941年12月,太平洋战争爆发。美国人的潜艇仿佛长了眼睛似的,穿过了日本人设置的层层水雷封锁线,神不知鬼不觉地钻进日本海,向日本舰船发起突然袭击,使日本海军损失惨重;与此同时,日本的潜艇一钻进美国的军港或海岸边,不知怎的,就遭到美国军舰或飞机的攻击。

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“这是怎么回事呢?”日本海军官员百思不得其解,“难道美国人使用了什么秘密武器?”的确,美国人使用了一种“秘密武器”——声呐

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“秘密武器”——声呐

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声呐是一种利用声波在水下测定目标距离和运动速度的仪器。美国人在潜艇上装了类似声呐的“探雷器”,因此对于日本人设置的水雷封锁线及舰船的所在位置一目了然;美国人还在军港和海岸的航道口装上了声呐,这样,海里的任何动静都逃不过美国人的“耳目”。

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声呐诞生于第二次世界大战。它的发明,凝聚着几代科学家的心血。早在1490年,意大利著名美术家、科学家达·芬奇就注意到了声音在水中的传播。有一次,他来到海边写生。完成一幅画后,好奇的达·芬奇忽然产生了一个念头:水里面到底有没有什么声音?于是,他取来一根管子,将管子的一端插到水里,管子的另一端放在耳朵旁。结果听到了“咕噜咕噜”的声音。经过仔细地辨认,他发现这是远方的船航行时螺旋桨击水放出的声响。达·芬奇的这根管子可以算是声呐最古老的祖先了。

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3个多世纪后,瑞士物理学家柯拉顿和德国数学家斯特模,对声音在水中的传播进行了深入的探讨。在这以后,许多科学家也进行这方面的研究。经过反复实验,他们比较精确地测出声音在水中的传播速度为5500公里每小时,比在空气中的传播快4倍。此外,科学家们还发现,声音在水中传播,遇到海洋中的物体或海底时,声音会被反射回来,此时也被“吞掉”一些声波。不同频率的声波,在水中被吸收和反射的程度也不相同。超声波能量集中,可朝一个方向传播,反射回来的声波比较强烈。

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这个时期,正值潜水艇在海里称王称霸的时期。人们对于潜水艇的神出鬼没正感到束手无策。自然而然地,科学家们想到:利用超声波在水中的传播特性,不就可以测出潜艇所在的方位、距离了吗?

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可是,要实现超声波在水中的发射和接收谈何容易!一时研制潜水艇“克星”的工作搁浅了!1880年,法国科学家彼埃尔•居里(居里夫人的丈夫)等成功地制造出换能器,实现了电、声信号的转换。这样,通过换能器,可将电波变成声波,并向海里发射;声波遇到物体后,又反射回来,换能器接收到声波,并把它变成电波,显示出来。根据超声波发出到接收一去一回所用的时间和音调高低等,就可测出目标的距离和位置,判断出目标的性质。

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就这样,世界上第一代声呐诞生了。后来,科学家在第一代声呐的基础上,做了许多改进,发明了“主动式声呐”和“被动式声呐”两大类。

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主动式声呐,主动发出声信号,去寻找水下目标,根据声波的反射情况做出判断;被动式声呐,收听水中目标发出的噪音,从而测出目标所在的方位、距离。然而,这两类声呐在使用过程中,也暴露出一些缺陷:主动式声呐发出的声波容易被水中的潜水艇发现;被动式声呐对于不发声的目标无能为力。

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科学家们决心对声呐做进一步的改进。他们从海豚的身上得到了启迪。

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本世纪60年代,生物学家诺里斯发现,用橡皮蒙住海豚的双眼,丝毫不影响它的活动;可把海豚前额蒙住,它在水下就像瞎子一样,到处乱撞。显然,海豚是用前额发出声波来行动的。

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经过进一步研究,科学家发现海豚有两架“声波发射机”:当它“观察”远距离目标时,它就发射低声,以实现远距离传播;当它“观察”近距离目标时,它就改发超声,以提高分辨率。它也有两架“声波接收机”。海豚的声呐竟是如此先进,如此完美!科学家“虚心”向海豚学习,以海豚的声呐为发明的奋斗目标。

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不久,美国科学家发明了军用高级声呐。它是一种多波束回声探测仪,采用两套相同的水听器发射阵。它的性能要比先前的声呐出色得多。

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科学家还从海豚声呐外的特制导流罩抗水流噪音的性能,得到启发,研制出“声呐导流罩”。有了它,军舰可不必像以前那样需要静止下来时才使用声呐,即使在高速前进,也可以使用声呐,而不受自身噪音的干扰。

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声呐的用途十分广泛。在军舰、潜艇、反潜飞机上安装声呐之后,可以准确确定敌方舰艇、鱼雷和水雷的方位。同时,它还能区别前方的目标是鲸鱼还是潜艇,是敌方潜艇还是我方潜艇呢。在民用方面,可以使轮船在黑夜和雾天航行时及时发现前方的船只或暗礁;可以告诉渔民哪儿有鱼群;还可以用来研究海洋地质,搜寻海下沉船,进行水下通信联系等等。

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深宫鲍
活跃在5 天前
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