声纳技术及其在军事上的应用

 水声学是指以水波为对象研究水下通信、数据传输、目标检测和定位、识别、导航等方面的一门独特的科学。到目前为止,声波还是惟一能在深海中作远距离传输的能量形式,故它在军事上有着重要的用途。于是探测水下目标的技术---声纳技术便应运而生。所谓声纳(Sonar,SoundNavigationAndRanging的缩语),其原意是“声音导航和测距”的意思,是利用声波在水下进行侦察的工具。本文将给大家介绍一下水声探测技术的基础知识、声纳的工作原理及其在军事上的应用。一、水声探测技术的基础知识大家知道声波是一种弹性波。     

浅谈声纳

随着科学技术的发展,电磁波已被广泛用来进行远距离信息传输与遥感、遥测．然而,最强的电磁波与激光束也很难穿透几百米深的海水．但海洋是声波良好的传导媒介,于是声纳应运而生．声纳是利用水中声波进行深测、定位和通信的电子设备．由于其原理与雷达相似,所以又称声波雷达．     

全球卫星定位系统是如何定位的

 在学习“雷达”后有同学提出一个问题:“我们从电视里看到美国兵在伊拉克都带有全球卫星定位系统,它是如何利用电磁波进行定位的?请老师给我们介绍好吗?”全球卫星定位系统又叫GPS,GPS是“GlobalPo-sitioningSystem”即“全球定位系统”的简称。这个系统原来是美国国防部为其星球大战计划投巨资而建立的,其作用是为美国军方在全球的舰船、飞机导航并指挥陆军作战。在伊拉克战争中,涌现了大量高科技装备,而GPS全球卫星定位系统则是使用最广泛的一种。利用这个系统不论是美国的舰船、飞机,还是每一个士兵都随时知道自己所在的位置,随时都能够与上级和友邻取得联系。     

迷惑雷达的“魔法”

 诞生于第二次世界大战的雷达,有人这样评价了它对这场战争的重要性:“原子弹只不过为战争划下句号,真正赢得战争的却是雷达。”是的,从不列颠之战、中途岛大败日军到追踪日军潜艇,雷达在二战中战功赫赫。到了20 世纪70 年代初期,雷达探测与雷达制导地面火炮及导弹已对进攻的飞机构成了致命的威胁。尤其是在越南和中东战场上,美制战斗机更是在地对空导弹的攻击中损失惨重。如何使雷达这双“千里眼”变成“近视眼”,从而使飞机躲过雷达的探测？英国著名科幻小说家威尔斯在其小说《隐身人》中描写了一个天才青年科学家格里芬发明了一种“隐身服”,穿上它,可把自己变成一个来去无踪的“隐形人”。如果能给飞机设计一种有魔力的“雷达隐身服”来迷惑雷达,那么,在雷达面前,飞机也将成为匿迹消声的“隐形人”。     

水下噪声目标被动测距技术研究

运用被动测距声纳中的三元测距技术，通过直接测1、3阵元的时延差来实现时延估计。仿真结果表明，改进的时延估计方法可提高时延估计精度，从而改善测距精度。此外，定义临界距离，并以此为分界点，分别采用K系数分配法和直接测量法对中远程和近程目标进行测距，解决了被动声纳的近程测距模糊问题。将其应用于声纳系统中，可显著提高声纳的被动测距能力，使被动测距声纳可全程测距。     

声波的军事运用

 人类生活在充满各种声音的世界中,我们无论走到哪里,总会听到一些不同的声音。如人们的谈话与欢笑声,节日的爆竹与锣鼓声,汽车的喇叭声、机器的轰鸣声、火车的汽笛声、城市的喧闹声,大自然的风雨声、雷鸣声、林涛声、海浪声……。总之,我们处在声音的包围之中,如果没有声音,人类的生活将多么枯燥无味。然而,随着科学技术的发展,声音居然成了一种威力强大的武器。科学家利用声音在不同媒质中的传播,研制了多种测量仪器、侦察工具和武器装备,比如“闻声而起”的音响水雷和音响地雷,“寻声追击”的声制导鱼雷和直接用声音进行杀伤的次声波武器等。     

声呐技术及其应用

声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备,是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。它是SONAR一词的“义音两顾”的译称,是Sound Navigation and Ranging（声音导航测距）的缩写。     

温跃层及其变化对被动声纳检测概率的影响

根据被动声纳工作原理,构建被动声纳探测水下目标物概率数学模型。利用声学调查实测数据,综合考虑传播损失、环境噪声、和水文环境分布及季节变化,研究温跃层垂直分布及季节变化对声纳检测概率的影响。结果表明:温跃层对被动声纳影响巨大,逆温跃层环境中,声纳检测概率从海表向下逐渐减小;正温跃层对声纳总的影响与逆温跃层相反,在正温跃层上界,检测概率从表层向下先减小后增大;逆温跃层对被动声纳检测概率的影响随目标物与声纳距离的增大而增大,正温跃层影响相反。     

谈谈气体称量定律及其表达式

 从以往的经验或知识中得出来的科学命题,能否进一步被人们认同为科学定律,这决定于对这个命题的证明(常常是数学证明)是否“真”,而在几种证明“同真”时,则又决定于是否存在“美”。“我选择美”是科学家普遍的心理写照,只有既“真”且“美”的证明,才能使科学命题在人们心目中顺理成章、水到渠成地升华为科学定律。由于在物理实验中充了气的黄铜球比真空时的黄铜球重,所以人们不难从力平衡知识中直觉得到这样一个科学命题,即“气体重量等于下方气压减上方气压”,对于这个可以直觉出来的命题,有关教科书是用微分来证明的。     

多普勒效应及其现代应用

 生活中,人们都有这样的经验:当高速行驶的火车从远处鸣笛而来时,人耳听到的笛声音调愈来愈高;而当火车鸣笛离去时,其笛声音调愈来愈低。此现象就是声波的“多普勒效应”。它表明:当波源与观察者之间有相对运动时,观察者所接收到的波的频率与波源所发射的频率不同。“多普勒效应”是奥地利物理学家多普勒于1842年发现的。而电磁波频域内的“多普勒效应”在1938年才得到证实。     

雷达、遥感技术及声纳

 1.雷达雷达是一种空中通讯技术。它是利用无线电技术来测量空中飞机、导弹,海洋中的船只、礁石,陆地上的高山、湖泊、建筑物或行进的汽车、坦克,太空中的行星及航行中的宇宙飞船等位置的一种测量技术。雷达的工作原理雷达是如何利用电磁波来侦察远方目标的呢?让我们举一个回声测距的例子来说明。当我们面对高山用双手在嘴旁合成一个圆形喇叭,大声地短促地呼叫时(见图1),声音便从呼叫的地方出发向着高山的方向传播开去,瞬间,声音又从高山那边返回来,传播到我们的耳朵里,于是我们听到了回声。     

“SHC-2型声波特性测试仪”通过技术和生产鉴定

 今年6月26日至27日,由国家教委主持并组织国内10所高等院校和有关科研单位的专家,在国家教委青岛学术活动中心通过了青岛海洋大学科教仪器总厂设计生产的“SHC-2型声波特性测试仪”的技术和生产鉴定,专家们认为该测试仪填补了国内外该方面实验设备的空白,建议国家教委推广使用.“SHC-2型声波特性测试仪”是供高等院校物理实验用的一种综合性声学实验仪器和声学研究部门专用的测量仪器.该仪器可用连续波和脉冲波两种方法精确测量空气中声波的波长和波速,并可定量测量声     

隐形飞机与波的吸收和反射的关系

 美国在伊拉克战争中出动了B-52等几种型号的隐形飞机,这是因为隐形飞机不易被雷达发现,有出其不意的攻击效果。隐形飞机是庞然大物,如B-52,长20多米、翼展50多米、高5米多,那么它是怎样“隐形”的呢?从物理学方面来看,隐形飞机实际上是利用波的反射和吸收的原理,达到雷达隐形、红外隐形、可见光隐形和声波隐形的目的。蝙蝠飞行和捕食,是由于它不断发出超声波,然后利用它敏锐的耳朵接收和分析回声,判断物体的性质、方向和距离,这使它能够在漆黑的夜晚自由飞行和捕食。雷达探测空中物体的原理与蝙蝠相同,雷达发射的不是超声波而是电磁波。     

2000年7月21日：美国费米实验室宣布第一个τ中微子的直接证据

 20世纪美国伟大作家厄普代克(John Updike,1932～2009)在他1960年的诗《宇宙之胆》(Cosmic Gall)中这样写道：“中微子,极其细小,它们既不带电荷,也无质量,和物质完全没有相互作用.”中微子在当时是相当新的发现,之后的两年,物理学家渐渐开始了解这个神秘的“幽灵粒子”,例如他们发现,中微子不只一种,而物理学家往后花了40年才将它们全部找到.     

流体涡旋漫谈

 涡旋(vortex,过去曾译为“旋涡”,现依据全国自然科学名词审定委员会公布的《力学名词》,译为“涡旋”.)是流体团的旋转运动(见《中国大百科全书·力学卷》495 页).近代力学的奠基人之一、德国力学家普朗特(L.Prandtl)的学生、空气动力学家屈西曼(D.Küchemann) 曾经说过：“涡旋是流体运动的肌腱.”这句话是流体力学中的至理名言,深刻概括了涡旋在流体运动中的作用.普朗特的另一位学生、北京航空航天大学陆士嘉教授则更进一步地指明“流体的本质就是涡,因为流体经不住搓,一搓就搓出了涡.”这句话既道出了流体与固体的本质区别,又点明了流体运动中出现涡旋的原因.这里的“搓”,是指作用在流体上的剪切力.只要有物体(如飞行器、船舰、汽车、火车等)在流体中运动,紧贴在物面上的流体由于黏附在物面上,会被物体带着一起运动,而远处的流体却在静止中,这就产生了对流体发生“搓”的剪切力.     

治学之道在用心

 治学之道无他,用心而已矣:从事教学与科研工作,必须要“推陈出新”.所谓“推陈”,决不是把旧有的经验一概否定;所谓“出新”,也决不是胡思乱想.     

一种变形标准加入法及其在等离子体发射光谱分析中的应用

在小体积(< 50 μL)液体取样时,容易产生较大的取样误差,为了降低分析结果的不确定度,常常用质量定量法代替体积定量法。传统标准加入法以样品体积定量,不能用于以样品质量定量的场合。为此,我们提出了一种变形标准加入法,以便用于以样品质量定量的场合。以ICP-OES法测定复杂溶液体系中低含量及微量元素Hg,Mo和Rh为例,对变形标准加入法进行了介绍。标准加入法的目的是为了校正溶液基体效应,而溶液基体效应包括两种不同类型的干扰：“恒定干扰”和“比例干扰”。变形标准加入法只能校正溶液基体效应中的“比例干扰”,“比例干扰”的大小可以用一个定量指标k表示：当k=1时,表示不存在“比例干扰”的影响;k偏离1越远,则“比例干扰”的影响越大。至于“恒定干扰”的影响,则可以利用仪器自身的背景校正方法予以降低或消除。变形标准加入法测定结果不确定度主要来自于背景校正,与所选分析线的信背比密切相关。信背比越低,背景校正的不确定度越高,因此实际分析中应尽可能选择具有较高信背比的分析线,否则,即使事先经过了背景校正,最终的分析结果也可能包含很大的误差。     

对称性是物理学的一把双刃剑

 对称性的概念最早源于生活。所谓“对称”,通常是指左右对称。除此之外还有轴对称、球对称等。在近代物理学中,对称性是一个很深刻的问题。在粒子物理、固体物理、原子物理等领域里,对称性问题也很重要。德国大数学家魏尔斯特拉斯(Weierstrass,1815～1897)首先提出了有关“对称性”的普遍定义,即把一个“体系”通过不同的操作达到不同的“状态”,若前后两种不同的“状态”在此操作下不变,我们可以讲这个体系对于这一操作是“对称”的,而这个操作也可以认为是这个体系的“对称操作”。常见的对称操作有空间的平移、转动以及时间的平移。     

中国、苏联卫星和美国科学——从谢家麟的经历看中美科技

 就在美国努力应对一场严重的经济衰退和其他挑战的时候,中国及其科技上的进步越来越成了美国全国关注的一个中心议题。例如,2011 年1 月25日,巴拉克?奥巴马总统在他的国情咨文中,就以中国和印度的崛起来说明“世界已经发生了变化”,尤其反映在全球对工作机会的竞争上。他并具体举例,提到中国的两项成就：“建成世界上最大的民营太阳能研究设施” 和“世界上最快的计算机”。他认为“这是我们这一代人的‘苏联卫星时刻’(Sputnikmoment)”,呼吁美国增加科技与教育投资,发誓要“在创新、教育、建设方面超过世界其他各国”。     

体育运动中的力学原理

 如果你是位体育迷的话,那么对于球类中的“香蕉球”、“勾手飘球”、“上旋球”、“下旋球”等等一定十分熟悉,对于体操或跳水运动中的各种空翻、转体、腾越动作非常欣赏,但这些怪球、好球是如何打出(或踢出)的,这些优美高难度动作是如何设计的?其中可有学问呢!它与力学原理关系密切,下面通过一些具体事例来说明.