声音和波浪的折射 (为什么海啸在海角是危险的)

奥托君

在我暑假去的海边露营地，写了一个通知“海角因为海啸的波浪聚集变高所以很危险，所以有海啸信息的时候，请不要靠近”。因为没有写理由，所以大家都在说为什么海角危险。

爸爸

关于波浪的折射，你还没有告诉你叔叔吗?

奥托君

折射?光的透镜折射是在学校学到的，波浪的折射和海啸在海角变高有什么关系?

爸爸

啊，有关系。让我们解释一下折射是如何发生在我们一直谈论的声音的情况下的。

奥托君

声音也会折射吗?

爸爸

是吗。在声音的情况下，体验折射现象是相当困难的。
声音在空气中自不必说，但在水中也能传播，因为在游泳池游泳时即使在水中也能听到声音，所以根据经验知道。

奥托君

以前听爸爸说过，声音在水中的传播速度比空气快几倍。

爸爸

嗯。这是重点。

奥托君

什么?声音的折射和在空气和水中的声音速度的差异有关系吗?

爸爸

是吗。当声音从空气进入水中或水中的声音进入空气时，会发生折射现象，但这是因为传播介质的声音速度不同。

奥托君

嗯。不太清楚。

爸爸

我会画一个图 (图1) 并解释它。

让我们首先考虑声音从空气进入水面的情况，在那里折射并在水中传播。
声音是球面波，其中波前相对于声源 (波源) 在球面上扩散，但是当声源足够远或考虑到波前足够小的部分时，波前是平面的 (平面波) 它被认为是。
该图显示了从声音到达水面上的点A到与A位于相同波前的点B到达水面上的点C的波的传播方式。例如，如果在水中的传播速度与在空气中的传播速度相同，则点A传播到点D并且不发生折射。实际上，声音在水中的传播速度比在空气中的传播速度快，因此在从点B到点C的过程中传播了很长的距离。然后它作为球面波传播，并且存在圆和切线之间的关系，因此它将传输到点E,如图所示。」

奥托君

光的情况也一样吗?

爸爸

是啊。经常把棒子放进水里，看起来会弯曲。光和声音都是波浪，所以同样会发生折射现象。

奥托君

嗯。我知道折射是由通过介质的波速不同引起的。但是，波浪聚集在海角并变高与波浪的折射有什么关系?

爸爸

是啊。在此之前，即使在相同的介质中，例如在空气中，如果温度差异很大，速度也会发生变化，因此会发生折射现象，当波浪在水中移动的速度发生变化时，会发生折射。

奥托君

波浪在水中移动的速度变化是什么意思?

爸爸

海啸波前进时的传播速度实际上受海底深度的影响。水深越浅，海啸的传播速度越慢。

奥托君

总算明白了。海角和海的深度有关。

爸爸

它与地面上的等高线相同，连接从水面到海底相同深度的线称为等深线。考虑到海角周围的等深线，如果它是一个根据舌形突出形状绘制等深线的地形 (如图2所示)，则在横向绘制的线A的位置，当它靠近海角的尖端时，水深将更浅。那里的波浪前进的速度变慢，所以弯曲的波浪会聚集。