1 Актуальность работы.

Каждый год люди по всему миру стараются поехать заграницу на море или на океан, но никто не может гарантировать сто процентный безопасный отдых, ни в чем себе не отказывая. Морские хищники таят в себе большую грозу, находясь вблизи купальной зоны.

Данный проект может принести большую пользу обществу в будущем, так как многие люди бояться плавать в море или в океане, потому что там обитают хищники, которые могу навредить здоровью или вообще лишить жизни.

Сейчас эта проблема решается путем ограждения моря вблизи пляжей металлической сеткой. Но у данного решения есть недостатки:

• металл имеет свойство окисляться, что приводит к загрязнению окружающей среды и наносит вред морской фауне и флоре;

• большие экономические затраты на установку;

• сложная установка.

Многие владельцы пляжей хотят сэкономить свои средства и ставят буйки без сетки по периметру, что подвергает людей реальной опасности. Это не безопасно, человек на отдыхе должен чувствовать себя уверенно.

Если мы откажемся от сетей по периметру:

• защитим морских обитателей, потому что не редки случаи, когда животные запутывались в сетях и не могли выбраться;

• избавим море от вредных продуктов разложения, как от сетки, так и от запутавшихся в них животных.

Мы же предлагаем абсолютно новый и необычный способ защиты купающихся людей, расставив ультразвуковые излучатели по периметру купальной зоны, предназначенные отпугивать хищных рыб.

2 Цели проекта

Цели проектной работы:

• исследование возможности воздействия ультразвуковыми волнами на хищных рыб с целью их отпугивания;

• создание инженерной установки для проведения исследований;

• разработка проекта буя.

3 Физические основы проекта

3.1 Ультразвук как упругие волны

Ультразвук (УЗ) – упругие колебания и волны, частота которых превышает 15 – 20 кГц. Нижняя граница области УЗ-вых частот, отделяющая ее от области слышимого звука, определяется субъективными свойствами человеческого слуха и является условной, так как верхняя граница слухового восприятия у каждого человека своя. Верхняя граница УЗ-вых частот обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться лишь в материальной среде, т.е. при условии, что длина волны значительно больше длины свободного пробега молекул в газе или межатомных расстояний в жидкостях и твердых телах. В газах при нормальном давлении верхняя граница частот УЗ составляет » 10⁹ Гц, в жидкостях и твердых телах граничная частота достигает 10¹² -10¹³ кГц. В зависимости от длины волны и частоты УЗ обладает различными специфическими особенностями излучения, приема, распространения и применения, поэтому область УЗ-вых частот подразделяют на три области:

· низкие УЗ-вые частоты (1,5×10⁴ – 10⁵ Гц);

· средние (10⁵ – 10⁷ Гц);

· высокие (10⁷ – 10⁹ Гц).

Упругие волны с частотами 109 – 1013 кГц принято называть гиперзвуком.

УЗ-вые волны (неслышимый звук) по своей природе не отличаются от упругих волн слышимого диапазона. В газах и жидкостях распространяются только продольные волны, а в твердых телах – продольные и сдвиговые.

Распространение ультразвука подчиняется основным законам, общими для акустических волн любого диапазона частот. К основным законам распространения относятся законы отражения звука и преломления звука на границах различных сред, дифракции звука и рассеяния звука при наличии препятствий и неоднородностей в среде и неровностей на границах, законы волноводного распространения в ограниченных участках среды. Существенную роль при этом играет соотношение между длиной волны звука l и геометрическим размером D – размером источника звука или препятствия на пути волны, размером неоднородностей среды. При D>>l распространение звука вблизи препятствий происходит в основном по законам геометрической акустики (можно пользоваться законами отражения и преломления). Степень отклонения от геометрической картины распространения и необходимость учета дифракционных явлений определяются параметром , где r – расстояние от точки наблюдения до объекта, вызывающего дифракцию.

Скорость распространения УЗ-вых волн в неограниченной среде определяется характеристиками упругости и плотностью среды. В ограниченных средах на скорость распространения волн влияет наличие и характер границ, что приводит к частотной зависимости скорости (дисперсия скорости звука). Уменьшение амплитуды и интенсивности УЗ-вой волны по мере ее распространения в заданном направлении, то есть затухание звука, вызывается, как и для волн любой частоты, расхождением фронта волны с удалением от источника, рассеянием и поглощением звука. На всех частотах как слышимого, так и неслышимых диапазонов имеет место так называемое «классическое» поглощение, вызванное сдвиговой вязкостью (внутренним трением) среды. Кроме того, существует дополнительное (релаксационное) поглощение, часто существенно превосходящее «классическое» поглощение.

При значительной интенсивности звуковых волн появляются нелинейные эффекты:

· нарушается принцип суперпозиции и возникает взаимодействие волн, приводящее к появлению тонов;

· изменяется форма волны, ее спектр обогащается высшими гармониками и соответственно растет поглощение;

· при достижении некоторого порогового значения интенсивности УЗ в жидкости возникает кавитация.

Критерием применимости законов линейной акустики и возможности пренебрежения нелинейными эффектами является: М << 1, где М = v/c, v – колебательная скорость частиц в волне, с – скорость распространения волны.

Параметр М называется «число Маха».