Герой книги Ж. Кусто «В мире безмолвия» рассказывает: «На глубине шести футов (фут примерно равен 1,83 м) уже было тихо и спокойно, но катящиеся наверху валы давали о себе знать до глубины в двадцать футов ритмичным усилением давления на барабанные перепонки». Объясните явление.

Чтобы объяснить описанное явление, важно обратиться к физическим законам, касающимся давления в жидкости и передачи звуковых волн.

1. Давление в жидкости: Давление в жидкости увеличивается с глубиной. Это объясняется формулой гидростатического давления:

$$ P = P_0 + \rho g h, $$

где:
− $P$ — давление на определённой глубине,
− $P_0$ — атмосферное давление на поверхности жидкости,
− $\rho$ — плотность жидкости (для воды примерно $1000 \, \text{кг/м}^3$),
− $g$ — ускорение свободного падения ($9,8 \, \text{м/с}^2$),
− $h$ — глубина погружения.

На поверхности воды давление равно атмосферному ($P_0$). С увеличением глубины ($h$) давление возрастает из−за веса воды, находящейся выше. Например, на глубине $6$ футов (примерно $1,83 \times 6 = 10,98 \, \text{м}$) давление уже значительно больше, чем на поверхности.

1. Колебания давления из−за волн: На поверхности воды волны создают переменные области повышенного и пониженного давления. Эти волны возникают из−за движения воды под воздействием ветра или других факторов. Поверхностные волны влияют на давление в воде даже на некоторой глубине, так как энергия волны распространяется вглубь.

Амплитуда этих колебаний давления уменьшается с увеличением глубины. Это связано с тем, что энергия волн постепенно рассеивается в жидкости. Однако на относительно малых глубинах (в данном случае до $20$ футов или около $36,6 \, \text{м}$) волны всё ещё могут быть заметны и вызывать ритмические изменения давления.

1. Влияние на барабанные перепонки:
   Барабанные перепонки чувствительны к изменениям давления. Когда человек находится под водой, колебания давления, вызванные поверхностными волнами, передаются через жидкость (воду) к барабанным перепонкам. Это ощущается как ритмическое "давление" или "надавливание" на уши. Эффект заметен, пока амплитуда колебаний давления остаётся достаточно большой. На глубинах, превышающих $20$ футов, эти колебания становятся слишком слабыми, чтобы быть заметными.

2. Передача звуковых волн в жидкости:
   Звуковые волны в воде распространяются быстрее, чем в воздухе, из−за большей плотности воды. Однако поверхностные волны в описанном случае являются механическими волнами, а не звуковыми, и их влияние на давление в воде уменьшается быстрее, чем влияние чисто акустических волн.

3. Связь с глубиной:
   Как упоминается в тексте, на глубине $6$ футов давление от волн ещё ощутимо, а на глубине $20$ футов колебания давления становятся более слабыми, но всё ещё заметными. Это связано с тем, что энергия волн экспоненциально убывает с увеличением глубины.

Таким образом, описанное явление связано с изменением гидростатического давления с глубиной и с ритмическими колебаниями давления, вызванными поверхностными волнами, которые передаются через жидкость. Эти колебания воспринимаются человеком как давление на барабанные перепонки.