20.-EL SONAR

E L S O N A R.
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El equipo de sonido es un dispositivo para buscar y detectar objetos sumergidos, sean naves, objetos específicos inorgánicos y /os cuerpos orgánicos, Ej. submarinos, naufrágios cardúmenes, ballenas,etc.

El equipo construído por la US. Navy, se denomina SONAR, sigla que proviene de las palabras Sound Navigation And Ranging. El equipo empleado por la Armada Británica ( Royal Navy ), se denomina ASDIC.

FUNCIONES DEL EQUIPO DE SONIDO:

Un dispositivo que se llama TRANSDUCTOR, se arría por debajo de la quilla de los buques, envía ondas de sonido muy poderosas dentro del agua, produciéndose la vibración de ella que se llama TRANSMISION, estas vibraciones, forman un cono de sonido, igual al cono de la luz de un proyector luminoso, que puede ser lanzado en cualquier dirección.

Si este cono de sonido choca con algún objeto en el agua y distinto a ella, sea orgánico o inorgánico, se refleja un eco que vuelve al buque y el mismo transductor lo capta, enviándolo a través de los distintos componentes del equipo hasta los oídos del Operador o lo transforma en presentación visual en una pantalla. Con estos ecos, el operador llega a determinar dónde se encuentra el objeto, la distancia a él, en qué dirección se mueve , con qué rapidez lo hace , tamaño y, por supuesto, si el objeto es un submarino o no.

Hay otro tipo de sonar llamado SCANNING, que no emplea el principio de la onda de sonido tipo proyector. En este tipo la transmisión del sonido se hace simultaneamente en todas direcciones, tal como se desplaza la onda producida en el agua al caer en ella una piedra. Este equipo trabaja con un dispositivo determinador de profundidad que emplea un transductor, que puede ser deprimido o elevado, para determinar la profundidad del objeto submarino.

Tanto el equipo de sonar tipo scanning, como el determinador de profundidad, son elemento relativamente modernos, que son obligatorios en la navegación. Los modernos sistemas satelitales de GPS ( Global Position Sistem ) instalados desde los años 60 en todas las naves y aeronaves, y los sensores remotos , hacen más fácil su identificación, la que, se puede obtener a miles de kilómetros de distancia.

Desde la forma primitiva, el Operador de sonido, se sienta frente a la manivela que controla el transductor, hoy a una consola de computador, desde la cual puede "RONZAR" el haz de sonido , enviado dentro del agua, pudiendo el Operador oir un largo sonido motivado por la reverberaciones a medida que la onda del sonido se aleja y envía hacia atras pequeños ecos motivados por el choque con los objetos con que se encuentra en su camino.

El Operador explora el mar con este haz de sonido, de acuerdo con un procedimiento establecido, hasta que escucha un eco que signifique que este haz ha chocado con un objeto grande que puede ser importante, un submarino, un cardúmen, etc.

Inmediatamente que se ha obtenido el contacto, el Operador informa al Inscriptor la demarcación del contacto, ubicación, tamaño, profundidad, movilidad , velocidad y su distancia , con el fin de : lanzar bombas, lanzar redes, esquibar, evadir, y hasta escapar, etc.

LA DISTANCIA POR ECO.
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Las ondas de sonido salen del transductor formando un haz de sonido que puede ser ronzado en cualquier dirección.Si el haz de sonido choca con el objeto en el agua, parte de la onda de sonido que forma el haz, ser reflejada devuelta hacia el transductor que la emitió. El transductor es un dispositivo que cambia su condición rápidamente, de transmisor a receptor en forma automática. Cuando las ondas de sonido salen del transductor, éste se desempeña como transmisor. Cuando las ondas
vuelven a él, se desempeña como receptor, enviando estas ondas convertidas en impulsos eléctricos a través de un receptor amplificador hacia el parlante ( altavoz ). Estas ondas que regresan son las que se llaman "ECOS".

En los equipos de sonido hay un dispositivo autom tico de emisión para diferentes distancias. Este dispositivo controla el trabajo de la unidad transmisora que envía los impulsos eléctricos al transductor, necesarios para formar el haz de sonido. En algunos equipos este dispositivo puede ser ajustado de modo que la transmisión se efectúe a intervalos regulares, por ejemplo, cada 2,5 segundos, que representa la distancia de 2.000 yardas o 182 kilómetros,( yarda:
medida inglesa de longitud, equivamente a 91 centímetros ).

El sonido se mueve a una velocidad de alrededor de 4800 piés por seg. ( un pié = 32 centímetros ), o sea, aproximadamente 1.344 klms. por segundo, en el agua de mar a una temperatura de 39 grados F., esto equivale a 1.600 yardas por segundo.

Supongamos que 1,5 segundos, después de haber transmitido una señal de sonido, se escucha un eco de submarino. Se sabe inmediatamente que el sonido ha recorrido 2.400 yardas ( 1.600 yardas en un segundo, más 800 yardas en 1/2 segundo: total 2.400 yardas en 1,5 segundos ). Esta distancia comprende el recorrido de la onda desde el transductor hasta el submarino y su viaje de regreso al transductor. Como usted necesita saber a qué distancia está el submarino, lo único que tiene que hacer es dividir por dos esta distancia total, con lo que obiene 1200 yardas, entre usted y el submarino.

Este pequeño problema matemático no es necesario hacerlo, ya que el equipo lo resuelve automáticamente. Tanto el indicador como el Inscriptor de Distancia, registran la distancia estre usted y el submarino, directamente, con lo cual
el único trabajo que hay que hacer es leer la distancia y demarcación de los instrumentos del equipo.


ESCUCHAS

Si se deja de enviar señales de sonido y se aumenta el volumen de recepción, el quipo queda en ESCUCHA. Lo que interesa escuhar, son los ruidos de hélices y máquinas, lo que se llama efecto HIDROFONICO.

En la guerra, los barcos no emplean la escucha como sistema primario , ya que no permite conocer la distancia al submarino y el ruido del agua es demasiado grande a velocidades superiores a 5 nudos y si se baja la velocidad para
"escucha" se queda a merced de sus torpedos .

En cambio en los submarinos, la escucha es un sistema primario de detección, pero, emplean también el sistema por eco. El equipo de escucha de los submarinos es independiente del equipo para distancia por eco. Los emplean para obtener informaciones generales acerca del movimiento de los buques de superficie. Esta información sirve para penetrar las cortinas de protección anti submarinos, para lanzar torpedos, para evitar colisiones al aflorar, etc.
Los sonidos que se pueden oir en escucha son: giro de las hélices, como un golpe ritmico parecido al que hacer las ruedas de un tren al golpear las uniones de los rieles; ruidos de máquinas o motores, que producen golpes, silbidos o sonidos melodiosos; sonidos de distancia por eco, que no son lo propios, pero que pueden ser de un submarino enemigo equipado con el mismo sistema; se pueden oir los cardúmenes de peces, las ballenas, buques de superficie y ruidos creados por el agua al chocar sobre la superficie de transductor.

COMPORTAMIENTO DEL SONIDO EN EL AGUA.

¿Qué es el sonido ?: Sonido es la causa física de la sensación de oir. Todo lo que se puede oir es sonido, hay también sonidos que no percibe el oido humano y es con ellos con los que trabaja el sonar.

El sonido viaja en forma de ondas concéntricas. Estas ondas varían en longitud. Un sonido con una onda más larga que otro, se oye en un tono más bajo; la onda más corta, se oye en un tono más alto. La longitud total de una onda completa se llama ciclo, y cuando el sonido tiene más de 20 ciclos por segundo o más de 15.000 ciclos por segundo no se puede oir.

Los sonidos que se pueden oir, por tanto, pertenecer a la gama audible y que se llaman SONICOS. Aquellos bajo esta gama , bajo 20 ciclos, son subsónicos. Los sobre 15.000 ciclos, son ultrasónicos. El haz de sonido que envía el transductor de sonar, está formado por ondas ultrasónicas. El receptor de sonar cambia estos sonidos ultrasónicos en sonidos para poder oirlos en los parlantes.

FUENTE-MEDIO-DETECTOR:

Recuerde cómo se despierta usted cada mañana con el despertador. El despertador actúa como FUENTE, el aire es el MEDIO por el cual se traslada el sonido y sus oidos actúan como detector del sonido. Estos son los tres elementos básicos
del sonido - la fuente, el medio y el detector. Los tres deben estar presentes para que exista el sonido.

El haz de sonido:En este estudio las ondas que nos interesan son las producidas por el transductor que en forma de un haz de sonido, se trasladas por el agua en busca de un determinado objeto. Si el haz de sonido encuentra un blanco,
conocido o desconocido, vuelve hacia el transductor en forma de eco.

El uso del equipo de sonar depende de la presencia y del reconocimiento del eco de un blanco. La detección del eco depende a su vez de la calidad y fuerza del eco comparada con la fuerza y características de otros sonicos que tratan de hacerlo pasar desapercibido.

Es necesario saber qué cosas son las que debilitan el haz de sonido cuando se traslada por el agua, qué factores del agua hacen variar la trayectoria y velocidad del haz de sonido y qué cosas afectan la fuerza y las características de
un eco.
Cuando el sonido se traslada por el agua, encuentra imprevistos en su viaje que lo debilitan o reducen su fuerza. Toda pérdida de fuerza que se produce así, es una pérdida en la transmisión.

ABSORCION:
Parte del sonido es absorvido al pasar a través del agua. La cantidad de sonido que se pierde de esta manera depende del estado del agua. La absorción es grande cuando el viento es tan fuerte que produce una mar rizada y causa una
concentración de burbujas en la capa superficial del agua. La absorción es también mayor cuando el oleaje las corrientes son grandes.
La distancia por eco se ve dificultada por el oleaje debido al efecto combinado de falsos ecos, alta reverberación y el aumento de la absorción. La absorción es mayor a altas frecuencias que a bajas frecuencias.

ESPACIMIENTO:
Las ondas del sonido se debilitan cuando alcanzan regiones de agua que contiene materias extrañas como corpúculos, algas marinas, fango, o burbujas de aire. Estas materias extrañas esparcen la onda de sonido y causan pérdida de energía. El efecto del esparcimiento es reducir la fuerza del eco especialmente a larga distancia.

REFLEXION:
El eco se produce cuando el sonido golpea un objeto de tal modo que refleja el sonido devolviéndolo en dirección al origen del sonido. Es lo que sucede cuando el sonido golpea un objeto metálico como el casco de un submarino. Las ondas del sonido enviadas por el transductor del sonar golpean al submarino y parte de ellas son reflejadas hacia atrás en forma de eco. Este eco es captado por el transductor y convertido en sonido audible.

La reflexión del sonido ocurre cuando hay diferencias en la densidad o en la velocidad del sonido en dos medios. Por ejemplo, la onda de sonido que se traslada por el agua de mar es casi, totalmente reflejada por la superficie del agua o línea que separa dos medios diferentes, como son el agua y el aire. La velocidad del sonido en el agua de mar es alrededor de cuatro veces mayor que la velocidad del sonido en el aire y la densidad del agua es más de 800 veces mayor que la del aire. por esta razón, toda la onda de sonido debe ser reflejada hacia abajo por la superficie del mar.

En forma similar, cuando la onda de sonido que se traslada por el agua de mar, choca con un objeto sólido como un submarino la diferencia en densidad y velocidad del sonido en estos dos medios es tal, que no toda, sino sólo una pequeña
parte de ella, la que golpea la superfície del submarino, perpendicular a la onda, ser la reflejada directamente como un eco.

REVERBERACION:
Las reverberaciones son múltiples reflexiones. Las ondas de sonido a menudo chocan con pequeños objetos, como peces, burbujas de aire, etc.. Estos pequeños objetos esparcen la onda y producen peque¤ños ecos que pueden regresar al transductor. Las reflexiones de la onda de sonido en la superficie del mar y en el fondo también producen ecos. Esta combinación de ecos proveniente de estos disturbios, es lo que se llama reverberación. Como estos ecos son reflejados desde distintas distancias, producen un sonido continuado que es más fuerte al principio y después se desvanece. Las reverberaciones producidas a distancias cortas pueden ser tan fuertes, que llegan a interferir en el eco del blanco.

REFRACCION:
La refracción es la causa más importante de pérdida de energía. Si no hubiera diferencia de temperatura en el agua de mar, la onda de sonido se trasladaría en línea recta, ya que la velocidad del sonido sería la misma a todas las profundidades. El haz de sonido se expande y pierde energía por absorción en forma constante. Bajo ciertas condiciones, velocidad de exploración normal, equipo en buenas condiciones y mar en calma, la máxima distancia que se puede detectar un submarino ser casi siempre entre 20.000 y 40.000 yardas, sin importar la profundidad en que se encuentre el submarino.

Sin embargo, la velocidad del sonido no es la misma en todas las profundidades. La velocidad del sonido en el agua de mar aumenta desde 4.700 a 5.300 pies por segundo, con el aumento de la temperatura de 30 a 85 grados Fº.
El efecto de la salinidad y la presión son despreciables comparados con el efecto que produce la temperatura en el agua de mar. Debido a las diferencias de temperatura en el mar, el haz de sonido no se traslada en línea recta, sino siguiendo una trayectoria curva. La velocidad es menor en agua más fria.

Las tres principales características del agua de mar que hacen variar la velocidad del sonido son :

a)La salinidad: cantidad de sal en el agua.
b)La presión, causada por el aumento de profundidad.
c)La temperatura, que toma la forma de gradientes.

El agua de mar tiene un alto contenido de mineral. La densidad del agua es de alrededor de 64 libras por pie cúbico, mientras que el agua dulce es de alrededor de 62,4 libras por pie cúbico. Esta diferencia resulta de la sal contenida en el agua.

El efecto total de un aumento de salinidad es aumentar la velocidad del sonido. Esto significa que cuando el sonido pasa a través de agua que varía en salinidad, lo hace más rápido en el agua más salada. La variación de salinidad es considerable en las desembocaduras de los ríos. Sin embargo, la diferencia en salinidad es demasiado pequeña para alterar la trayectoria del haz de sonido , por lo que puede ser despreciada.

El sonido se traslada más rápido en aguas bajo presión, mientras más profundamente se traslada el sonido en el mar, mayor es la presión y por tanto, mayor es la velocidad. Este efecto, también, es muy pequeño y casi no se considera.

La temperatura es el factor más importante, el que afecta en mayor medida la velocidad del sonido en el agua de mar. La velocidad del sonido aumenta, con el aumento de la temperatura a una raz¢n de 4 a 8 piés por seg. por cada grado
de variación en la temperatura. Como la temperatura del agua de mar, varía desde el hielo en los mares polares, hasta más de 85º F. en los trópicos en donde puede bajar más de 30 grados desde la superfície hasta profundidades de 450 piés, está claro que la temperatura, es el factor más importante de todos.

El EFECTO DOPPLER:

Cuando usted se encuentra parado en un cruce de trenes y escucha el pito del expreso que viene hacia usted, recordará que la nota del pito se hace más alta a medida que se acerca. Una vez que pasa el tren y se aleja, la nota o tono del pito parece bajar. Este es el efecto Doppler.

Cuando el tren se acerca, las ondas de sonido generadas por el pito son comprimidas y empujadas hacia delante por efecto de la velocidad del tren. Estas ondas usted las oye con un tono más alto porque ellas están comprimidas. Mientras
menor sea la distancia entre ondas, más alto ser el tono. Cuando el tren se aleja, las ondas de sonido se separan ayéndolas cada vez en tono más bajo.

Si el submarino está quieto o cruzando el haz de sonido con un rumbo perpendicular a él. En esta posición refleja el sonido con el mismo tono de la reverberación y por lo tanto no hay Doppler.

En caso de que el submarino venga, refleja un eco con un tono más alto que la reverberación que lo produce.

Lo contrario sucede cuando el subarino se aleja del haz, reflejando un eco con un tono más bajo.


De esta forma el Doppler da una indicación de la dirección del submarino. Existen al menos siete tonos diferentes de doppler.

El equipo de sonar es muy similar al equipo de una estación radial y al equipo de una estación receptora

HIDRAULICA:

Es la ciencia mecánica que estudia el equilibrio y el movimiento de los fluidos, y en la navegación, la hidráulica constituye el arte de conducir, contener, elevar y aprovechar las aguas corrientes.

Los principios básicos son:

a.-Existen corrientes marinas desde la formación de la tierra que están generadas por las variaciones de temperatura.

b.-El agua tiende a bajar por la ley de gravedad.

c.-Las aguas superficiales están más calientes, o sea, a mayor profundidad baja la temperatura.

d.-A mayor salinidad, mayor temperatura en un mismo ambiente.

f.-A misma presión, las proporciones de los ductos indicará la velocidad. Ej. Si en una cañería de una pulgada la velocidad es de un kilómetro por minuto, en media pulgada, será de dos kilómetros por minuto. A misma presión , la velocidad del agua es directamente proporcional.-