dimecres, 10 de juny de 2009

El mar i la llei de Snell (II)

L'altre dia vaig introduir la llei de Snell. Aquesta llei és aplicable a tot tipus d'ones ja sigui electromagnètiques (com les de la llum) o mecàniques (com les sonores).

En el cas de les ones sonores la seva velocitat depèn del medi duna forma diferent a la llum. Per començar, la llum on és més ràpida és en el buit i el so, en el buit, no s'hi pot transmetre. I en els líquids el so depèn principalment de la temperatura, la pressió i de les sals.

De manera que els oceans es poden dividir en franges horitzontals segons la velocitat en què s'hi propaga el so. A les capes superiors (de 400 a 600 metres) dependrà majoritàriament de la temperatura mentre que a les capes inferiors (la temperatura es manté constant) dependrà de la pressió. Aquestes capes, però, no són sempre igual ja que la temperatura acostuma a canviar depenent de les estacions de l'any.

Si representem la velocitat i la profunditat ens trobem amb un gràfic (que varia segons el mar) que en general és molt semblant al següent:


Com es pot veure al voltant dels 1.000 metres la temperatura és mínima.

En la transmissió de les ones una altra cosa que es important és la dispersió i l'absorció.

El 1943 Maurice Ewing i J.L. Worzel van fer un experiment per tal de demostrar la teoria d'Ewing que plantejava que sons més greus, de baixa freqüència, es propagaven més distància. En tenir una baixa freqüència l'ona té una llarga longitud d'ona i li permet "saltar-se" els petits obstacles amb què es troben les ones sonores al mar (petites partícules suspeses en l'aigua). I que a més a més, si es col·locava la font sonora al lloc indicat, les ones, podien recórrer grans distàncies.

Per posar-la a prova van fer explotar una càrrega de 450g de TNT a les Bahames i van captar-ne senyals a la costa occidental de l'Àfrica, a més de 3.200 km. Havien redescobert un canal sonor submarí al que van anomenar SOFAR (Sound Fixing and Ranging). Com acostumava a passar en aquells anys, els descobriments es feien com a mínim dues vegades, en aquesta ocasió havia estat l'especialista en acústica rus Leonid Brekhovskikh qui l'havia descobert analitzant els sons provinents de les explosions del mar del Japó.

Com s'explicava que hi hagués sons que es transmetessin al llarg de tants km? L'explicació té a veure amb el gràfic anterior. Quan una ona de baixa freqüència penetra en la zona en què la velocitat és mínima ja no en pot sortir. El motiu és senzill, si una ona es desplaça oblíquament cap avall per la zona de baixa velocitat es troba amb constants canvis de medi i amb un augment de la velocitat de propagació, a causa de l'augment de pressió, com vam veure al primer episodi de la llei de Snell això provoca la refracció amb la qual cosa l'ona es va corbant cap a munt; quan l'ona es dirigeix en direcció a la superfície es torna a trobar amb el mateix, a mesura que puja la velocitat tornarà a augmentar a causa de l'augment de la temperatura. L'ona ha quedat atrapada.

Un cop a "canal sonor profund" una ona de baixa freqüència podria recórrer centenars de quilòmetres sense massa pèrdues de senyal. La profunditat del SOFAR varia molt en funció del mar ja que la temperatura de l'aigua hi té un paper crucial, per exemple, a les Bermudes es troba a aproximadament a 1.000 metres mentre que als pols a pocs centenars de metres.

I això pot tenir alguna utilitat? Com sempre la marina dels Estats Units n'hi va trobar una. Podia servir per controlar els submarins dels russos. Durant els anys 50 van minar l'Atlàntic Nord i les Índies Occidentals d'hidròfons (micròfons submarins). Amb tota la informació que els proporcionava aquesta xarxa d'espionatge, posteriorment coneguda com a SOSUS, la marina podia detectar submarins en la major part de l'hemisferi nord i a més a més podia arribar a saber quantes hèlices tenia cada un, distingir els submarins convencionals dels nuclears i en alguns casos saber-ne el model.

Abans dels anys 50 qui l'havia estat utilitzant eren els animals marins i encara el segueixen utilitzant (conscientment o no). Com explicava ahir en Dan la xarxa SOSUS s'ha utilitzat amb finalitats científiques i ha aportat nous misteris.

Per saber-ne més: