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Segundo Robert J. Urick (1967) [2], uma das primeiras referências de que o som se propaga na água — e que pode ser utilizado para a localização de objetos — pode ser encontrada em anotações de Leonardo DaVinci, datadas de 1490. Em seu caderno DaVinci escreveu que ao mergulhar uma extremidade de um tubo na água e encostar a outra extremidade em sua orelha era possível se ouvir embarcações a uma grande distância. Embora extremamente rudimentar, esse foi o princípio básico dos dispositivos criados para a localização de submarinos séculos mais tarde.

Historicamente, a palavra sonar teve origem em 1942 como um análogo fonético à palavra radar, que por sua vez é um acrônimo para RAdio Detection And Ranging, ou “Detecção e Telemetria por Rádio” (em tradução livre), um dispositivo que utiliza as ondas de rádio refletidas em objetos para calcular sua posição. Essa associação é válida, uma vez que o sonar pode ser visto como um 79

Capítulo 3. O sonar no mapeamento de áreas submersas 80 tipo de radar subaquático, que utiliza ondas sonoras ao invés de ondas de rádio para examinar seus arredores. Apenas mais tarde essa palavra foi associada ao acrônimo para Sound Navigation and Ranging— ou “navegação e determinação de distância pelo som”, em português1_.

Uma sequência de estudos, fatos e descobertas possibilitaram a existência do sonar como é conhecido hoje. Desde o século XVII existia a ideia de utilizar o eco para medir distâncias dentro da água. No entanto, o uso prático dessa ideia era limitado devido à falta de embasamento consolidado acerca da propagação sonora nesse meio e às limitações quanto aos equipamentos de medição [11]. Esse cenário começou a se alterar em 1816, quando François Beudant realizou com sucesso medições com o objetivo de calcular a velocidade do som na água. Dez anos depois, em 1826, Colladon e Sturm refizeram o experimento de Beudant com uma metodologia mais apurada, e obtiveram resultados muito mais precisos [11]. Utilizando um faixo de luz e um sino aquático, Colladon e Sturm mediram o intervalo entre a chegada de um sinal de luz e de um sinal sonoro disparados simultaneamente [2]. A Figura 3.1ilustra o experimento, no qual o barco da esquerda envia um sinal sonoro através de um sino e uma lanterna é utilizada para gerar um faixo de luz. O barco da direita é responsável por captar o sinal sonoro através de um tubo mergulhado na água e realizar a comparação de tempos entre a sua chegada e a do faixo de luz. Ambos os resultados foram publicados em 1827 [45] e mostraram valores muito próximos dos utilizados atualmente (respectivamente 1.500 m/s e 1.435 m/s). O problema da falta de equipamentos apropriados para realizar medições submarinas começou a ser resolvido em 1880, quando o princípio da piezoeletricidade foi descoberto por Jacques e Pierre Curie [46]. O princípio, que demonstra que certos materiais geram sinais elétricos ao serem comprimidos e vice-versa, passou a ser amplamente utilizado na fabricação de transdutores que serviram a estudos posteriores em várias áreas, entre elas o sonar.

1_{Tanto a palavra radar quanto a palavra sonar foram adicionadas ao} português, logo não necessitam ser escritas como acrônimos.

3.1. O surgimento do sonar 81 O avanço tecnológico possibilitou a progressão na pesquisa de medições submarinas utilizando-se o eco, e surgiram os primeiros trabalhos no intuito de se medir a profundidade da coluna d’água no oceano em 1907 por Wells e em 1912 por Behm [11]. Embora importantes, os trabalhos ainda eram poucos nesse período.

Figura 3.1.: Esquema representando as medições feitas por Colladon e Sturm em 1826 (retirado de [11]). A esquerda os sinais sonoro e luminoso sendo gerados. A direita o barco responsável pela recepção

dos sinais e monitoramento do tempo.

Na década de 1910 dois importantes acontecimentos alavancaram as pesquisas de sistemas de monitoramento submarino. Em 1912 o naufrágio do Titanic que mostrou a importância de um sistema de localização de objetos submersos para embarcações; e em 1914 o início da Primeira Guerra Mundial, com a larga utilização dos U-boats2. Tais eventos geraram uma corrida para o desenvolvimento de sistemas capazes de localizar embarcações submersas.

2_{Acrônimo para Undersea boats, derivado do alemão U-boot (ou Unterseeboot).} Submarinos militares utilizados pela Alemanha durante a Primeira e Segunda Guerra Mundial.

Capítulo 3. O sonar no mapeamento de áreas submersas 82 Durante esse período teve origem o termo asdics3_{, utilizado}

para designar o estudo da localização de submarinos, mas que também passou a ser empregado para nomear o equipamento em si que realiza essa localização. Já em 1918, Boyle construiu o que é considerado o primeiro sonar ativo funcional, embora esse nome ainda não fosse utilizado. No decorrer da guerra os asdics tiveram grandes avanços e eram instalados em praticamente todas as embarcação de grande porte [11].

Com o fim da Primeira Guerra Mundial os trabalhos envolvendo sistemas de monitoramento subaquático baseados em som se expandiram para outras áreas, como o mapeamento marinho e o estudo para localização de peixes, como o realizado por Glen Kidston em 1933 [47]. No entanto, com o início da Segunda Guerra Mundial os esforços de pesquisa se voltaram novamente para a área militar.

Durante a Segunda Guerra os principais avanços em relação ao sonar aconteceram no entendimento das propriedades do som nos oceanos, como os efeitos dos gradientes de temperatura, da absorção do som, entre outros. Os dispositivos foram adaptados para considerar esses efeitos e, dentro do possível, se aproveitar deles (como a utilização dos canais de som4_{derivados do gradiente}

de temperatura). Também foi durante esse período que, segundo Hackmann [48] o termo sonar foi utilizado pela primeira vez, em 1942 por F. V. Hunt.

Com o fim da Segunda Guerra Mundial, e com o vertiginoso avanço tecnológico das últimas décadas houve uma grande expansão da tecnologia do sonar nas áreas civis. Novas técnicas de processamento passaram a ser utilizadas, possibilitando o surgimento de algoritmos de sonar como o de múltiplos feixes e de varredura lateral. O avanço dos sistemas de aquisição de dados e dos transdutores tornou os equipamentos mais leves, pequenos e baratos. Além disso, a disponibilidade de poderosos

3_{Um acrônimo para “anti submarine division — ics”, onde ics é um sufixo que} tem o mesmo significado que nas palavras physics ou acoustics.

4_{Tradução livre do termo sound channel, mais informações podem ser} encontradas em Urick [2].

3.2. Sonar: conceitos básicos 83