Manual On Hydrography

[Mohamed Hashem]

زملائى الأعزاء لقد اشتركت اليوم فقط وقد قمت – قدر الاستطاعة – بتصفح المواضيع التى كتبت بواسطة الأعضاء فى المنتدى فى مجال المساحة البحرية – تخصصى - وقد رأيت افتقار معظمها لنقطتين هامتين وهما أولا كلها تتناول الشرح باللغة العربية جملا وتفصيلا مع تعريب مصطلحات إنجليزية لو تصدى لها مجمع اللغة العربية لما استطاع ترجمتها فضلا عن تعريبها ثانيا أغلب المقالات تناولت الطرق التقليدية والبدائية – إن جاز التعبير – فى المساحة البحرية بالتفصيل مع إغفال الطرق التى تستخدم الأجهزة الالكترونية الحديثة والكمبيوتر – الحاسوب كما يسميه البعض - هذه الطرق تصلح للذكر فى المراجع ومحاضرات الجامعة ولكننى أرى هنا أننا نتحاور مع بعضنا لتبادل خبرات وليس معلومات عاف عليها الزمن يمكن للطالب أن يجدها فى أى مرجع
الأمر الذى يدفعني إلى إعادة صياغة – أعانني الله على ذلك – تلك المواضيع بل وترجمتها لأن حضراتكم بمجرد التخرج والخروج إلى سوق العمل سيذهلكم ما وصل إليه العالم من تقدم تقنى فى أجهزة المسح التي لم نسمع عنها ونحن طلاب وإن كنت متأكدا من أنكم تقومون بتصفح الإنترنت بحثا عما هو جديد
هذا ما حدث معى بعد تخرجى ولا أريد أن يحدث ذلك معكم لذا سأحاول التبسيط قدر الإمكان بدون الإخلال بالمحتوى كما سأقوم بذكر المصطلحات كما هى بدون تعريب حيث أنها إلى الآن بلا ترجمه فعذرا
وإن كنت أنصح الجميع بقراءة المراجع باللغة الإنجليزية لإتمام الإستفاده ولأنك بلا لغة لن تستطيع العمل فى أى مكان داخل مصر أو خارجها

علم المساحة البحرية يطلق عليه اللفظ اللاتينى Hydrographic Survey ويقصد بها المساحة المائية وليس البحرية كما هو شائع وهى تسمية فلسفية بحته حيث أن هذا العلم يبحث فى المساحة فى أى مجرى مائى كالأنهار والبحيرات كما هو فى البحار والمحيطات وهناك منظمة عالمية تسمى INTERNATIONAL HYDROGRAPHIC ORGANIZATION أو اختصارا IHO وقد قامت بإصدار ما يسمى بالـ MANUAL ON HYDROGRAPHY فى طبعته الأولى مايو عام 2005 فى حوالى 600 صفحة هذا المرجع هو ما سأستند عليه فى مقالاتى معكم بإذن الله طالما لم يكن هناك أى جديد تم استحداثه فى الواقع العملى
موقع هذه المنظمة على الويب هو www.iho.shom.fr لا تتردد فى التعامل مع المساحة من الآن فصاعدا إلا باللغة الانجليزية تأملوا تلك السطور فى استهلالية المانيوال عن تعريف علم المساحة البحرية

Hydrographic surveying deals with the measurement and description of the features of the seas (configuration of the bottom) and adjacent land areas of oceans, lakes, rivers, harbours, and other water forms on Earth for the primary purpose of navigation and all other marine purposes and activities, including offshore activities, research, protection of the environment, and prediction services.

وببساطه شديدة : علم المساحة البحرية يبحث فى الطرق المختلفة لتمثيل سطح قاع البحر وخط الساحل وما يحتويه هذا القاع من معالم طبيعية ويقصد بها الأعماق وطبيعة القاع سواء كان رملى – طينى الخ او صناعية كآبار البترول وغيرها ثم ترسم على خريطة بمقياس رسم معين
الأهداف العامة التى أدت لنشؤ هذا العلم :
رسم خرائط الملاحة العالمية لتأمين عملية النقل البحرى العالمى
رسم خرائط المناطق الساحلية وحدود المياه الإقليمية الخاصة بكل دوله سياسياً
للمساعدة فى عمليات البحث واستخراج ثروات قاع البحر ولاسيما النفط (زيت البترول )
الحماية البيئية
أغراض حربية كالتأمين ضد الغزو وعمليات صيد الألغام البحرية
السياحة ومحميات المرجان الطبيعى

Safe and efficient operation of maritime traffic control;
Coastal Zone Management;
Exploration and Exploitation of Marine Resources;
Environmental Protection;
Maritime Defense.
Tourism

وعندما تتخرج بإذن الله وتعمل فى مجال المساحة البحرية ستجد أن 99% من أعمالك لها صلة وثيقة بمجال اكتشاف واستخراج الغاز الطبيعى وزيت البترول من قاع البحر ولعل هذا هو السبب الأعظم الذى دفع هذا العلم إلى التطور الذى وصل إليه فى السنوات الأخيرة بما لهذه الصناعة من مردود مادى مرتفع وسريع
سنتجاوز الحديث عن فقرة هامة وهى الحدود الدنيا أو المواصفات القياسية للعمليات المساحية أو Minimum Standards for Hydrographic Surveys
فأنا أرى أنه من المبكر الخوض فيها قبل التعرف بشكل واضح على العملية المساحية نفسها
بعد ذلك يأتي الحديث عن Survey Planning أو ما يطلق عليه التخطيط لعملية مساحية :
يغطى هذا القسم جزء كبير من العمل بدءاً من التخطيط بالمكتب للعملية وحتى بدء الأعمال الحقلية كمشروع بما فى ذلك التخطيط والتنظيم لسير الأعمال وتوزيع المهام على الأفراد واختيار سفينة المسح المناسبة وإستخراج تصاريح العمل إن لزم الأمر – فى مصر لايمكنك الاقتراب من المياه حتى مسافة 50 مترا إذا لم يكن لديك تصريح من مخابرات حرس الحدود بإستثناء شواطئ التصييف طبعاً والتى توجد دلخل كردون المدن
وعموما لابد أن تقرر مسبقا العناصر الآتية:
حدود وإحداثيات المنطقة المطلوب مسحها
نوع المسح وقيمة مقياس الرسم الذى يخدم الغرض الذى من أجله تم المسح
نوع وشكل السفينة المستخدمة
أجهزة المسح المستخدمة ومستلزمات تركيبها على السفينة مثال هوائيات مستقبلات أجهزة تحديد الموقع بالأقمار الصناعية GPS receivers
الوقت الذى ستستغرقه عمليه المسح (الذي يجب ألا يتعدى حدود التكلفة وإلا تحدث خسارة لشركتك)

حدود المياه الإقليمية (وإن كانت نادرة الحدوث إلا أنه لا يمكنك أن تتعدى الحدود السياسية بين الدول لغرض عمل مسح بحرى )
حدود التغطية الخاصة بعمليات تصحيح الموقع (هذه النقطة خاصة بما يسمى positioning system correction ) وأعتقد أن من يزور منتدى نظم تحديد الموقع سيجد شرحا وافيا لعملية تصحيح الموقع
الغرض من البيانات المطلوب جمعها – نعم أعلم أن المطلوب هو قياس الأعماق ورسم خريطة كنتورية ولكن حتى هذا الغرض العادى تختلف طريقة أداؤه باختلاف الغرض منه كأن يكون الغرض مد خط بترول بحرى pipeline laying أو إنشاء منصة إنتاج بترول بحرية Platform installation وهكذا
حاله البحر المتوقعة فى تلك المنطقة ويقصد بها سرعه الرياح واتجاهها السائد فى المنطقة مع معرفه أقصى ارتفاع للأمواج – هذه المعلومات هامة لربابنة سفن المسح ليستطيع أن يلتزم بالسير مستقيما على خطوط المسح التى سترسمها له
جداول المد والجذر للمنطقة المطلوب مسحها – وإن كان ذلك ستحتاجه فى مرحلة لاحقة عند معالجة البيانات بعد جمعها وتسمى عملية تصحيح الأعماق المقاسه
نشرة التحذيرات الملاحية والسفن الغارقة فى المنطقة – ولا تندهشوا فقد حدث ذلك أمامي فى أحد المشاريع بدوله الكويت فقد اصطدمت سفينة المسح (بغاطس 3 متر فقط) بحطام سفينة غارقة من أيام حرب العراق
نظام الإحداثيات التى ستستخدمه – محلى أم دولى WGS84
اتجاه خطوط المسح والمسافات البينية : والتى يجب أن تخدم الغرض من المسح فمثلا يجب أن اتجاهها تكون عموديه على خط الساحل (أو عمودية على خطوط الكنتور ) وذلك لضمان أفضل قراءات للأعماق

تعليمات الأمن والسلامة للعمل فى البحر – وهذه إخواني يمكن أن نفرد لها صفحات وصفحات ولكنى سأضرب لك مثلا بسيطا لتعي أهميتها : ماذا تفعل إذا شب – لاقدر الله – حريق لمركب المسح ؟ ماذا تفعل إذا تعرض زميلك – لا قدر الله – لصدمه تيار كهربى نتيجة عمله فى توصيل الأجهزة بمولد التيار بالسفينة ؟
بعد ذلك – زملائى – اسمحوا لى أن نتخطى قسم آخر صعب الحديث عنه الآن وهو Data Quality وببساطه هو ما يشبه قسم مراقبة الجودة فى أي مصنع أغذيه ... هل فهمت ما أقصده .؟ نعم جزء من برامج الكمبيوتر + بعض الإجراءات تستطيع بها فى النهاية أن تحكم على جودة البيانات التى جمعتها
عذرا إخواني فأنا أعمل 12 ساعه يوميا ولكنى أعدكم بالدخول ثانيه للمنتدى وإكمال نلك المقالات معكم بإذن الله ولإشباع النهم المتوقع من زملائى ستكون مقالتى القادمة عن عملية جس أعماق كاملة باستخدام الموجات فو الصوتية – والتى تسمى use of SONAR – وباستخدام جهاز الـ Echo Sounder وستكون البيانات التى نستعرضها حقيقية من واقع عملية مسح سابقة تمت عام 2003 فى خليج السويس بمصر
آسف للإطالة وشكرا على إكمالك المقالة والآن وداعا

[Wild_Angel]

جزاك الله خيرا و اهلا سهلا بك
وشكرا لانضمامك فى منتدانا
ونتمنى اقامه سعيده وان نرى الموضوعات المتميزه منك دوما

[Mohamed Hashem]

أشكرك جدا على ترحيبك الحار وأتمنى أن أكون عند حسن ظنكم بى

[eslam mamdouh]

بجد شرفتنا جدا جدا يا بشمهندس

وبجد شكرا جدا على افاده حضرتك

وفلاى انتظار المزيد منك


وجزاك الله كل خير

[Mohamed Hashem]

العزيز إسلام
بجد حضرتك ذوق جدا
وأشكركم جميعا
وعلى وعد بالمزيد أعاننا الله على ذلك
وشكرا

[Mohamed Hashem]

بسم الله الرحمن الرحيم

كما وعدناكم أمس سنستكمل قراءة مانيوال الهيدروغرافيا المنشور بواسطة المنظمة العالمية ، وسنتجاوز الفصل الثانى الذى يتحدث عن عملية تحديد الموقع Positioning والمواضيع المرتبطة به مثل The Earth: Ellipsoid, Datum, Coordinate system, Projection GPS & DGPS وذلك لأن تلك المواضيع ستجدونها فى أقسام أخرى من هذا المنتدى وإن كنت أنوى العودة لهما لاحقاً لتعم الفائدة


لقد وعدناكم بالدخول إلى فصل قياس الأعماق Depth Determination بالموجات الصوتية ولكن ... جس الأعماق من الأعمال المتكررة دوماً للمساحين البحريين والتى تتطلب وجود خلفية علمية عن موضوعات أخرى فمثلاً يجب أن يكون المساح على دراية بـ : طبيعة إنتشار الموجات فوق الصوتية فى الماء ، الخصائص الفيزيائية لمياه البحار والمحيطات ، أجهزة قياس حركة درفلة السفن motion sensors الخ ولهذا أرى أن نتعرض للمعلومات التى بدونها سيكون الحديث عن جس الأعماق مبهما وقد راعيت التبسيط قدر الإمكان وأعدك أنها لن تتجاوز مستوى فيزياء المرحلة الثانوية .. !! \

مقدمة:

من الطرق اليدوية – أى التى لا تعتمد على أجهزة إلكترونية - والتى كانت تستخدم قديما فى قياس الأعماق : حبل الإسكنديل (سلك من الصلب رفيع ومدرج بالأمتار وفى نهايته ثقل من الرصاص) و قامة الجس (تشبه قامه الميزان ولكنها بطول 2 متر فقط تستخدم لجس المناطق الضحلة )

وقد بدأ استخدام الـ Single beam echo sounder ( جهاز جس الأعماق بالصدى) منذ العام 1900 وقد أستخدم فى البداية للأغراض الحربية ومنذ الخمسنيات بدأ ظهور أجهزة الجس من النوع Multi beam echo sounder ( جهاز جس الأعماق بالصدى متعدد الأشعة )


طبيعة الصوت وشكل انتشار الموجات الصوتية Acoustic waves فى الماء ( هذا بتصرف من الكاتب):


الصوت لا يتولد إلا نتيجة حركة فمثلا الصوت البشرى ينتج من اهتزاز الأحبال الصوتية Any vibrating object generates the acoustic wave
إذن الصوت عبارة عن أحد صور الطاقة المتحولة فى الطبيعة وهو ينتقل فى أي وسط مادى (غازات – سوائل – مواد صلبة كالحديد )
ينتقل الصوت خلال الأثير من خلال تحرك طاقة الموجه الصوتية فى شكل مجموعة من التضاغطات والتخلخلات ، يشبه ذلك إلى حد كبير عندما تمسك بطرف حبل طويل ( 10 أمتار مثلا) ويقف زميلك ممسكا بالطرف الأخر ثم تقوم أنت بهز الحبل فى شكل حركة فجائية لأعلى ثم لأسفل بسرعة ينتج من ذلك موجه فى الحبل تنتقل من جهتك إلى جهة زميلك حتى يشعر زميلك بتلك الهزة وهو على بعد عشرة أمتار لاحظ أن الطاقة التى ولدتها أنت فى الحبل هى التى انتقلت خلال جزئيات الحبل بينما لم تنتقل تلك الجزئيات نفسها فعليا .... هذا هو الذى يحدث بالضبط فى طاقة الموجه الصوتية أثناء انتشارها خلال جزئيات الماده ... ولأن انتشار الصوت يعتمد على جزئيات المادة وجد العلماء أن أن سرعة انتشار الموجات الصوتية فى المواد الصلبة أعلى منها فى السوائل أعلى منها فى الهواء على عكس المتوقع ...!! بمعنى آخر سرعة الصوت فى الماء أعلى من سرعته فى الهواء أى أن: سرعة انتشار الموجات الصوتية تعتمد على نوع الوسط أو بمعنى أدق تعتمد على كثافة الوسط وكلما زادت كثافة الوسط كلما قلت المسافات البينية بين جزيئاته كلما كان ساعد ذلك بالتبعية على انتشار الموجات الصوتية بصورة أسرع وتبعاً لذلك الصوت لا ينتقل فى الفراغ..!!

لذا توصف أحيانا بأنها موجات تضاغطيه
والمثال الأشهر فى أغلب المراجع الذى يُذكر عند الحديث عن الموجات الصوتية ما يحدثه إلقاء حجر صغير على سطح الماء الساكن لبحيرة مثلا

كل موجه صوتيه لها ما يسمى بالتردد أو الـ frequency وهو عبارة عن عدد الاهتزازات أو الذبذبات التى تحدثها الموجه الصوتية فى الثانية الواحدة هذه الذبذبات تقدر بالهرتز Hertz
وجد العلماء أيضا أن الأذن البشرية تستطيع سماع الأصوات التى لها تردد من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز فقط ما زاد عن 20 كيلو هرتز نسميه الموجات فوق الصوتية Ultra sonic (وهى مجال دراستنا) وما قل عن ذلك نسميه الموجات تحت الصوتية

we can hear only the sound with the frequency in the range 20 Hz- 20 kHz. The sound with the higher frequencies (ultrasound) and lower frequencies (infrasound) can be detected by special devices

من الآن فصاعدا سنذكرها اختصارا بالموجات الصوتية
من المعروف أيضا أن الموجات الصوتية تنتشر فى الأثير فى جميع الاتجاهات ولكن من الممكن لك أن تركز طاقتها فى اتجاه معين لضمان وصولها لمسافات أبعد أو لتصل لنفس المسافة بطاقة أكبر وأنت تفعل ذلك عندما تضم راحة كفيك الاثنين على هيئة بوق وتضعهما حول فمك وتصيح لتنادى زميل بعيد عنك هذا ما يحدث تماما عندما نطلق تلك الموجات فى الماء لنقيس بها العمق ولكن لا تتعجل مازال أمامنا الكثير لنتعلمه
ومن التطبيقات المشهورة جدا للموجات فوق الصوتية Ultrasonic فى الحياة العادية ما يستخدمه الأطباء للكشف عن الأعضاء الداخلية للإنسان (كالكشف عن الأجنة وعن الأورام الداخلية) ومن تطبيقاتها فى الصناعة استخدام تلك الموجات لقياس سمك الحديد فى المنشآت التى لا يمكن الوصول إليها كقياس سمك حديد بدن السفن مثلا كما يمكن استخدامها بنفس أسلوب الكشف عن الأجنة للكشف عن اللحامات الداخلية لمنشآت لا يمكن تحريكها كمنصات البترول البحرية

الموجه ومصطلحاتها :

الصوت ينتقل فى موجات وأي موجه (صوتية ، موجه راديو الخ ) لها نفس الخصائص الفيزيائية الآتية
الطول الموجى (الرمز λ) wavelength ويلفظ لاندا وهو المسافة التى تقطعها الموجه بين قمتين متاليتين ويقاس بالمتر
التردد (الرمز f ) frequency وهو عدد الذبذبات التى تحدث للموجه فى الثانية الواحدة ويقاس يالهرتز والعلاقة بينهما عكسية كلما زاد الطول الموجى قل التردد وبالعكس
سرعة الموجه الصوتية (الرمز v ) velocity وهى المسافة بالمتر التى تقطعها موجه واحده كاملة فى الثانية الواحدة

والعلاقة بين الثلاث متغيرات السابقة كالتالى
λ = v/f
السعة (والرمز Pa ) وهى حجم التغير الحاصل فى الموجه (شدة الموجة) وفى الصوت يعبر عنه بمستوى ضغط الصوت sound pressure level ويقاس بالديسيبل ورمزه dB
وهناك صورتان للموجه :
الموجات المستعرضة: وفيها تكون اتجاه انتشار الموجة عمودى على اتجاه حركة الجزئيات الناقلة للموجه كما شرحنا فى حركة الحبل السابق

Transverse Wave – A traveling wave in which the particles of the disturbed medium move perpendicularly to the wave velocity. An example is the wave pulse on a stretched rope that occurs when the rope is moved quickly up and down.

الموجات الطولية: وفيها يكون اتجاه انتشار الموجه فى نفس اتجاه حركة جزئيات المادة المتحركة

Longitudinal Wave – A traveling wave in which the particles of the medium undergo displacement parallel to the direction of the wave motion. Sound waves are longitudinal waves.

ويجب ملاحظة أن الموجة المتولدة من إلقاء حجر صغير فى البحيرة هى خليط من النوعين
وعندما ينتقل الصوت فى الهواء أو الماء فإن موجاته تأخذ شكل الثانى الطولية لأن وسط الموائع (غاز - سوائل) ضعيف جدا لنقل الموجات المستعرضة والتى لا تظهر إلا فى الأوساط الصلبة .. حتى الآن لم نخرج عن موضوعنا فالاوساط المائعة هى مياه البحار والأوساط الصلبة هى قاع البحر أيا كان نوعه
يقول الدكتور رفعت رشاد فى كتابه الاقمار الصناعية والملاحة الإلكترونية "أجهزة الجس بالصدى لا تقيس العمق مباشرة ولكنها تقيس الوقت المستغرق لنبضة صوتية تقوم بإرسالها بين لحظة الإرسال ولحظة الاستقبال بعد انعكاسها وعودتها من قاع البحر ويتم بعد ذلك تحويل فرق الوقت إلى عمق بمعرقة سرعة انتشار الموجات الصوتية فى الماء والتى يفترض أنها ثابتة فى المنطقة التى يتم فيها حساب العمق"
والآن كيف يمكن توليد الموجات فوق الصوتية ؟
نعتذر عن الإطالة وللحديث بقية
شكرا لمتابعتكم

[Hassan Mohamed]

الله ينور يا بشمهندس بجد والله

[Mohamed Hashem]

الله ينور عليك إنت
ويعينك الله أخى على مسئولياتك
ويارب الفائدة تعم الجميع وعلى وعد بإكمال المقالات بإذن الله تعالى
شكرا مرة أخرى

[Mohamed Hashem]

توقفنا فى المقالة الثانية عند فقرة كيف يمكن توليد الموجة الصوتية فى الماء
لتوليد الموجات فوق الصوتية فى الماء سنحتاج لجسم يتحرك بشكل ترددى Oscillatory Motion وبسرعة شديدة أو بمعنى أدق يتذبذب بتردد عالى حتى يحدث تخلخلات وتضاغطات فى الماء مكونه للموجة الصوتية ولكن على شكل نبضات تماما كما يحدث فى القلب البشرى فهو يقوم بالانقباض لضخ الدم فى الشرايين فى النبضة رقم 1ثم يتوقف لجزء من الثانية ليعاود الانقباض مرة أخرى محدثا النبضة رقم 2 وهكذا نفس الشئ يحدث هنا فنحن - لقياس العمق - نحتاج إلى توليد موجه صوتية ثم الانتظار فترة زمنية قصيرة حتى نترك لها الفرصة لقطع رحلتها لقاع البحر ثم العودة فنطلق النبضة الثانية وهكذا ... وسنستعمل التيار الكهربى كأحد صور الطاقة لتحريك ذلك الجسم وهو ما يطلق عليه المذبذب


للأسف النبضة الصوتية التى نتحدث عنها ليست بتلك البساطة فهناك الكثير من التعريفات الأخرى كالنبضات المتضائلةpulse damped والعادية un- damped pulse والفقد فى طاقة النبضة attenuation loss والامتصاص الذى تتعرض له absorption من خلال الوسط والقوانين التى تحكم الحركة فيما يسمى SONAR equation (بالمناسبة سونار اختصار للجملة SOund NAvigation & Ranging وتعريبها الملاحة باستخدام الصوت) وستنغمس حتى أذنيك فى المعادلات الرياضية ولكن إذا أردت المزيد ادخل جوجل Googleوأكتب sonar OR speed of sound in water وستجد المزيد

المذبذبات Transducer

فى البداية كانت تصنع المذبذبات – والكلام هنا للدكتور رفعت رشاد – من رقائق من حلقات النيكل ترص على شكل حزم مترابطة ويمر بشكل عمودى عليها ملف من سلك نحاسى معزول فإذا مر تيار كهربى كبير مع فرق جهد متوسط فيتولد مجال مغناطيسى فتهتز الرقائق اهتزازات ميكانيكية فتتولد الموجات الصوتية وكلما كثرت حلقات النيكل كلما زادت شدة الذبذبة المتولدة : انتهى كلام دكتور رفعت.
أما المذبذبات الحديثة فتستعمل ما يسمى بالـ piezoelectric effect وهى ظاهرة تم اكتشافها عام 1880- بالصدفة - فى معدن الكوارتز الذى يوجد فى الطبيعة ... هذه الظاهرة مؤداها أنك إذا عرضت أحد أوجه كريستاله من الكوارتز لتيار كهربى فإنها تتذبذب من تلقاء نفسها وبالعكس أى أنها إذا تعرضت لاهتزازات سريعة متذبذبة فإنها تنتج تيار كهربى ضعيف !!! ومن التطبيقات الأخرى لتلك الظاهرة الميكرفون الذى تضعه أمام فمك وتتكلم فتنتقل ذبذبات صوتك لترتطم بالكريستاله لتتذبذب بنفس التردد فتنتج تيار كهربى متغير الشدة يسير عبر الأسلاك النحاسية معبرا عن ذبذبات صوتك !!
وقد استطاع العلماء الألمان تصنيع مادة لها نفس خصائص الكوارتز الطبيعى تتكون من خليط من السيراميك والزركونيوم (فلز نادر) والرصاص وغيرها .

Piezoelectric Effect; appearance of an electrical potential across some faces of a crystal when it is under pressure, and of distortion when an electrical field is applied. Pierre Curie and his brother Jacques discovered the effect in 1880. It is explained by the displacement of ions, causing the electric polarization of the crystal’s structural units. When an electrical field is applied, the ions are displaced by electrostatic forces, resulting in the mechanical deformation of the whole crystal. Piezoelectric crystals are used in such devices as the transducer, record-playing pickup elements, and the microphone.
This effect occurs naturally in quartz crystals, but can be induced in other materials, such as specially formulated ceramics consisting mainly of Lead, Zirconium, and Titanium (PZT).

انظر الصورة التالية



سرعة الصوت فى الماء

تبلغ سرعة انتشار الصوت فى الهواء حوالى 343 متر/ثانية إذا كان الهواء جافاً ودرجة حرارته 20 درجة مئوية ، بينما تبلغ سرعة انتشار الموجات الصوتية acoustic waves فى الماء حوالى 1500 متر/ثانية ونقول حوالى لأن سرعة الصوت فى الماء تتأثر بثلاثة عوامل: درجة حرارة الماء temperature الملوحة Salinity العمق Depth أو الضغط
أولا الحرارة حرارة المياه السطحية دائما أعلى من الطبقة السفلية حيث تتعرض تلك الطبقة لنفاذ أشعة الشمس خلاله والتى ترفع درجة حرارتها نسبيا وتختلف سمك تلك الطبقة السطحية تبعا لموقعها الجغرافى وبشكل عام تقل درجة الحرارة بالاتجاه لأسفل أى بزيادة العمق وفى الأعماق الكبيرة تصبح الحرارة ثابتة إلى حد كبير عند درجة 4 درجة مئوية وتقول الأبحاث أن ارتفاع درجة الحرارة بمقدار درجة واحدة مئوية يسبب زيادة سرعة الصوت بمقدار 3 متر/ثانية وفى ضوء شرحنا السابق لكيفية انتشار الصوت فى الماء هل تستطيع تعليل السبب ؟ السبب هو زيادة درجة الماء تؤدى إلى تمدد ضئيل لجزئيات الماء مما يؤدى إلى أن يصبح الوسط المائع – وهو الماء – أكثر مرونة elasticity مما يقلل من كمية الطاقة المهدورة للموجة
العمق أو الضغط: الضغط يؤثر أيضا على سرعة الصوت ويقصد به الضغط الذى يحدثه وزن عمود الماء وهذا يعنى اننا يمكن أن نستخدم العمق للتعبير عن الضغط ومن الأبحاث أيضا نجد أنه كلما زاد الضغط 10 ضغط جوى (تساوى 100 متر عمق) زادت سرعة الصوت فى الماء بمقدار1.7 متر/ثانية أى أنها علاقة طردية: كلما زاد العمق زادت سرعة انتشار الصوت فى الماء
الملوحة: وهى تقاس بكمية الأملاح المذابة مقدرة بالجرام فى وحدة الحجوم من ماء البحر مقدرة بالليترات ويرمز لها بـ ppt أو جزء فى الألف والمتوسط العام للملوحة فى البحار والمحيطات حوالى 35 جزء فى الألف والملوحة تتغير تبعا لعوامل كثيرة أهمها كميه الماء العذب المنصرف من مصبات الأنهار وخصوصا فى البحار شبه المغلقة و عملية تجمد الماء فى القطبين (كتل الجليد المتجمد تحتوى على الماء العذب) وتأثير عملية البخر بفعل أشعة الشمس فى المناطق المدارية على طبقة المياه السطحية وأيضا وجد العلماء أنه كلما زادت الملوحة بمقدار جزء واحد فى الألف كلما زادت سرعة الصوت فى الماء بمقدار 1.3 متر/ثانية (علاقة طردية أيضا) هل تستطيع تعليل السبب ؟ حاول ..!!
وتلك العوامل الثلاثة من الأهمية بمكان فى قياس العمق بالصوت لأن المساح حين يقيس العمق (مسافة) يستخدم قانون المسافة = السرعة × الزمن ولما كان قياس الزمن ممكنا ودقيقا فكيف يفترض ثبات سرعة الصوت فى منطقة المسح وهو يعلم أنها متغير حسب العمق والحرارة والملوحة معنى ذلك أن القراءات سيكون بعضها خاطئ إن لم يستخدم السرعة الحقيقة للصوت والتى تتغير دوما فكيف نستطيع معرفة ذلك ؟ باستخدام جهاز يسمى CTD (conductivity, temperature & Depth detector) هذا الجهاز به ترمومتر حساس لقياس درجة حرارة الماء وبه خلية كهربية تقيس موصلية ماء البحر للتيار الكهربي ومنها يتم استنتاج درجة الملوحة وأخيرا بها مقياس للعمق وهكذا يعطيك هذا الجهاز الثلاث متغيرات فى خطوة واحدة .... يستخدم المساح تلك القيم الثلاثة للتعويض فى معادلة حساب سرعة انتشار الصوت فى الماء كالاتى
انظر المعادلة

* هذه المعادلة تم تبسيطها بواسطة العالم مدوين Medwin عام 1975 وهى صحيحة حتى عمق ألف متر فقط

خصائص انتشار الصوت فى الماء
عندما ينتشر الصوت فى الماء – كما سبق توضيحه – تفقد الموجه الصوتية جزء من طاقتها acoustic energy وذلك راجع لأن عملية نقل التضاغطات عبر جزئيات الماء لا تتم بصورة كاملة is not 100% efficient بعض من طاقة الموجة يتحول إلى حرارة متبددة (صورة أخرى من تحول الطاقة ) هذا الفقد فى الطاقة يسمى التضاؤل attenuation
من المفيد جدا استخدام الموجات الصوتية فى الماء ( لقياس العمق وللاستشعار عن بعد كأجهزة كشف العوائق بالسونار فى الغواصات ) حيث أنها تتميز بقدرتها على قطع مئات الكيلومترات فى الماء بدون فقد يذكر فى طاقتها ، على عكس الضوء و موجات الراديو (الموجات الكهرومغناطيسية ) والتى تفقد تقريبا كل طاقتها بعد أمتار قليلة فى الماء
يتوقف مستوى التضاؤل فى طاقة الموجة الصوتية على التردد فالموجة ذات التردد العالى تفقد طاقتها بسرعة بينما الموجات ذات التردد المنخفض تستطيع الوصول لقاع المحيط السحيق على أعماق وصلت لأحد عشر ألف متر فى خندف مارياناس

"The deepest point in the ocean is generally believed to be in the Marianas Trench in the Western Pacific Ocean at approximately 36,160 feet (11,021 m), according to the Rand McNally Atlas (1977(
عندما تصطدم النبضة الصوتية بقاع البحر (صخرى أو رملى الخ) فان الجزء الأول منها ينكسر fraction ويكمل انتشاره فى الوسط الجديد بينما الجزء الثانى من النبضة ينعكس reflected وتكون زاوية الانعكاس مساوية لزاوية السقوط حسب قانون سنيل والجزء الثالث والباقى من طاقة النبضة يحدث له تشتت scattered وهو انعكاس نتيجة أن قاع البحر ليس مستوى ولا أملس ولا متجانس لذا لا ينطبق عليه قانون سنيل والسؤال هنا كم تكون كميه الطاقة فى كل جزء من الأجزاء الثلاث السابقة ؟ هذا يعتمد على نوع القاع وعلى زاوية سقوط النبضة الأصلية
النبضة المرتدة من القاع تسمى echo أو صدى وهى تحتفظ بنفس خصائص الموجة الأم من حيث التردد وهذه هى مجال دراستنا التى سنتعامل معها عند الحديث عن أجهزة الـ echo sounder
انظر الصورة رقم 3 المرفقة

سنكتفى بهذا القدر فى الحديث عن الصوت ولنبدأ بدراسة النظرية العلمية لعمل وتركيب أجهزة الجس بالصدى Single beam Echo sounder
وللحديث بقية ... تابعونا
آسف للإطالة .. وأشكركم على متابعتكم

[eslam mamdouh]

شكرا لحضرتك جدا على الموضوع فى غايه التمييز


وانا اسف جدا لو كنت اضفت على موضوعك بعض التعديلات الجماليه فى شكل الموضوع ليس اكثر


ولكن ذلك لاهميته


شكرا جدا لحضرتك

فوى انتظار المزيد