ध्वनि, डॉपलर प्रभाव, आयाम समय अवधि और आवृत्ति - सामान्य विज्ञान | विज्ञान और प्रौद्योगिकी (Science & Technology) for UPSC CSE PDF Download

ध्वनि तरंगें:  ध्वनि कंपन निकायों द्वारा निर्मित होती है। कंपित शरीर द्वारा उत्पन्न कंपन वायु में तरंगें उत्पन्न करते हैं।

अनुप्रस्थ और अनुदैर्ध्य तरंगें: एक तरंग गति को अनुप्रस्थ  कहा जाता है यदि माध्यम के कण अपने दिशा के पदों के बारे में एक दिशा में लंबवत दिशा में दोलन करते हैं जिसमें गड़बड़ी या लहर यात्रा कर रही है। पानी की सतह पर उस पर पत्थर फेंकने से पैदा होने वाली तरंग एक अनुप्रस्थ लहर होती है।
एक लहर जिसमें मध्यम के कण अपनी सम स्थिति के बारे में दोलन करते हैं और एक समानांतर दिशा में चलते हैं, जिसमें वह लहर यात्रा करती है जिसे अनुदैर्ध्य तरंग के रूप में जाना जाता है। ध्वनि तरंग एक प्रकार की अनुदैर्ध्य तरंग है।
अनुप्रस्थ तरंगों में, माध्यम के कण अपनी स्थिति के बराबर होते हैं। सभी विद्युत चुम्बकीय तरंगें प्रकृति में अनुप्रस्थ होती हैं।

तरंग दैर्ध्य (λ): तरंग दैर्ध्य को दो क्रमिक कणों के बीच की दूरी के रूप में परिभाषित किया जाता है जो अपने पथों में बिल्कुल एक ही बिंदु पर हैं और एक ही दिशा में आगे बढ़ रहे हैं।

संगीत ध्वनियाँ:  संगीतमय ध्वनियाँ समय-समय पर होने वाले स्पंदन द्वारा निर्मित होती हैं।

संगीतमय ध्वनियों के अलावा अन्य ध्वनियों को शोर कहा जाता है और उनकी तरंग क्रियाओं की कोई निश्चित नियमितता नहीं होती है। संगीत ध्वनियों की विशेषता तीन गुणों से है: पिच, लाउडनेस और गुणवत्ता।

संगीत स्केल:  इसमें नोटों की एक श्रृंखला शामिल होती है, जिनकी मौलिक आवृत्तियों में अनुपात निर्दिष्ट होते हैं। पारंपरिक रूप से, आठ नोट हैं जो एक सप्तक को ठीक करते हैं। आठवें और पहले नोट का आवृत्ति अनुपात 2: 1 है। सबसे कम आवृत्ति के नोट को कीनोट कहा जाता है। पियानो या हारमोनियम जैसे वाद्ययंत्रों में कई सप्तक होते हैं। स्रोत को काट दिए जाने के बाद ध्वनि की झुकाव को पुनर्संयोजन की घटना कहा जाता है। वह अवधि जिसके लिए स्रोत बंद होने के बाद ध्वनि को सुना जा सकता है, को पुनर्संयोजन समय कहा जाता है। यदि पुनर्संयोजन का समय बड़ा है, तो क्रमिक शब्दांशों को स्पष्ट रूप से नहीं सुना जा सकता है।

यह तब होता है जब पुनर्नवीनीकरण का समय लगभग 0.8 से अधिक हो। यदि हॉल की दीवारों को घुमावदार किया जाता है, तो ध्वनि का प्रभावी प्रभाव हो सकता है और यहां तक कि खड़ी लहरें भी उत्पन्न होती हैं। इन प्रभावों से ध्वनि का विरूपण होता है। एक भवन में ध्वनि की गुणवत्ता को प्रभावित करने वाले कारकों का अध्ययन ध्वनिक वास्तुकला को निर्धारित करने में मदद करता है। दीवारों और छत पर ध्वनि अवशोषित सतहों को प्रदान करके पुनर्जन्म का समय कम किया जा सकता है। शून्य पुनर्संयोजन समय वाले कमरे को एक मृत कमरा कहा जाता है।

हॉल के ध्वनिक गुणों को उपयुक्त रूप से परावर्तक और अवशोषक रखकर बेहतर बनाया जाता है। स्पीकर के पीछे लगाए गए रिफ्लेक्टर हॉल के अंदर ज़ोर के स्तर में सुधार करेंगे। जब स्पीकर से हॉल के दूर अंत में रखे गए अवशोषक पुनर्संयोजन को कम करते हैं। यदि किसी हॉल में किसी बिंदु पर ध्वनि लगातार उत्पन्न होती है, तो ऊर्जा के किसी अन्य बिंदु पर ध्वनि की ऊर्जा घनत्व सामान्य रूप से स्थिर हो जाती है क्योंकि अवशोषण के कारण ऊर्जा उत्पादन और ऊर्जा अपव्यय के बीच संतुलन होता है।
इकोस: एक हार्ड सरफेस से ध्वनि के प्रतिबिंब द्वारा ईचो का उत्पादन किया जाता है जैसे कि दीवार या चट्टान।

ध्वनि का अपवर्तन

जब हवा की क्रमिक परतों में अलग-अलग तापमान होते हैं, तो ठंडी हवा की तुलना में गर्म हवा में तेजी से यात्रा करने की ध्वनि की क्षमता ध्वनि तरंगों के झुकने का कारण बनती है। ध्वनि तरंगों के इस झुकाव को अपवर्तन कहते हैं। एक गर्म दिन पर, जमीन के पास की हवा ऊपर की हवा की तुलना में गर्म होती है और इसलिए जमीन के पास ध्वनि तरंगों की गति अधिक होती है। इसके कारण ध्वनि तरंगें जमीन से दूर हो जाती हैं। एक ठंडे दिन या रात में, रिवर्स होता है और ध्वनि तरंगें पृथ्वी की ओर झुकती हैं। इस प्रकार ठंड के दिन अधिक दूरी पर ध्वनि सुनी जा सकती है।

शांत दिन पर पानी पर असामान्य रूप से लंबी दूरी पर ध्वनि सुनी जा सकती है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि पानी के आगे की हवा ऊपर की हवा की तुलना में ठंडी होती है और इसलिए, ध्वनि तरंगें पानी की ओर झुक जाती हैं और लंबी दूरी की यात्रा कर सकती हैं। 

स्रोत या प्रेक्षक की गति के कारण डॉपलर प्रभाव एक तरंग (ध्वनि या प्रकाश) की आवृत्ति में परिवर्तन है। एक ध्वनि की आवृत्ति (और इसलिए पिच) तब अधिक प्रतीत होती है जब स्रोत श्रोता को ग्रहण करता है और जब स्रोत उससे हटता है तो कम होता है।
डॉपलर प्रभाव

यह डॉपलर प्रभाव के कारण होता है कि एक ट्रेन की सीटी जब श्रोता को दिखाई देती है तो वह उससे दूर जाने के बाद श्रोता के पास जाती है। डॉपलर प्रभाव खगोल विज्ञान में बहुत उपयोगी है। इसका उपयोग यह पता लगाने के लिए किया जा सकता है कि कोई तारा हमसे संपर्क कर रहा है या हमसे दूर जा रहा है। इसका उपयोग किसी तारे के घूर्णन का पता लगाने या उसे मापने के लिए भी किया जा सकता है, जैसे, सूर्य। प्रभाव का उपयोग एक चलती वस्तु को ट्रैक करने के लिए किया जा सकता है, जैसे कि उपग्रह, पृथ्वी पर एक संदर्भ बिंदु से। विधि उल्लेखनीय रूप से सटीक है; 108 मीटर दूर एक उपग्रह की स्थिति में परिवर्तन सेंटीमीटर के एक अंश तक निर्धारित किया जा सकता है।

सोनिक बूम  एक संदिग्ध (ध्वनि से तेज) विमान ध्वनि की शंकु का निर्माण करता है जिसे शॉक वेव कहा जाता है। जब यह सदमे की लहर एक श्रोता तक पहुंचती है, तो वह एक प्रकार का जोरदार विस्फोट सुनता है, जिसे सोनिक बूम कहा जाता है।

आयाम, समय अवधि और कंपन की आवृत्ति

आयाम: अपनी औसत स्थिति से एक हिल शरीर के अधिकतम विस्थापन को इसका आयाम कहा जाता है। यदि हम एक रबर पैड के खिलाफ ट्यूनिंग कांटा को जोर से टकराते हैं, तो इसके टुकड़े अधिक झुकेंगे और इसलिए, कंपन का आयाम बढ़ेगा। समयावधि: एक कंपन को एक कंपन को पूरा करने में लगने वाले समय को उसकी समयावधि कहा जाता है।
कंपित शरीर की आवृत्ति एक सेकंड में होने वाले कंपन की संख्या है। इस प्रकार, ध्वनि की आवृत्ति कंपन शरीर की आवृत्ति है जो उस ध्वनि का उत्पादन करती है।

पिच और लाउडनेस। दो स्रोतों की आवाज़ एक एकांत से भिन्न होती है क्योंकि उनके पास एक अलग पिच या एक अलग ज़ोर है।

पिच: एक ध्वनि ध्वनि को उच्च पिच ध्वनि कहा जाता है और एक नरम या कम ध्वनि ध्वनि को कम पिच ध्वनि कहा जाता है। पिच ध्वनि की आवृत्ति पर निर्भर करता है, अर्थात उस ध्वनि का उत्पादन करने वाले कंपन स्रोत की आवृत्ति।

लाउडनेस:  लाउडनेस ध्वनि की एक विशेषता है जो एक समान ध्वनि या ध्वनि ध्वनि से अलग है, दोनों समान पिच हैं। ध्वनि की ऊँचाई ध्वनि के उत्पादन वाले कंपन शरीर के आयाम पर निर्भर करती है। अधिक से अधिक आयाम, जोर से ध्वनि होगी। यदि एक ट्यूनिंग कांटा धीरे से रबर पैड के खिलाफ धारीदार है, तो यह एक बेहोश ध्वनि पैदा करता है। यदि हम कठिन प्रहार करते हैं, तो यह एक तेज़ ध्वनि पैदा करता है। आवृत्ति (या पिच) दोनों मामलों में समान है। दूसरे मामले में, ध्वनि जोरदार है क्योंकि पहले मामले की तुलना में प्राग के कंपन का आयाम अधिक है। 

एक स्रोत से S Councild को अन्य स्रोतों की ध्वनियों से अलग किया जा सकता है-

(ए)  पिच, जो कंपन की आवृत्ति पर निर्भर करता है, और

(बी) जोर, जो कंपन के आयाम पर निर्भर करता है। 

साउंड्स कैन ट्रैवल्स इन गैसों, लिक्विड्स एंड सॉलिड्स: साउंड्स लिक्विड में भी यात्रा कर सकते हैं। मध्यम, ठोस, तरल या गैस की अनुपस्थिति में ध्वनि यात्रा नहीं कर सकती है।

ध्वनि की गति। 0 ° C पर हवा में ध्वनि की गति लगभग 330 m / s है। पानी में ध्वनि की गति लगभग 1440 m / s है और स्टील में यह लगभग 5000 m / s है। एक निश्चित स्थान पर समुद्र की गहराई को मापने के लिए ध्वनि के प्रतिबिंब का उपयोग किया जा सकता है। इस उद्देश्य के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण को सोनार कहा जाता है। उपकरण समुद्र के नीचे की ओर अल्ट्रासोनिक (उच्च आवृत्ति) ध्वनि भेजता है। समुद्र-तल से परावर्तित ध्वनि तंत्र द्वारा प्राप्त होती है। लौटने के लिए ध्वनि द्वारा लिए गए समय को मापने के द्वारा। जहाज में और समुद्र के पानी में ध्वनि की गति को जानकर, उस स्थान पर समुद्र या महासागर की गहराई निर्धारित की जा सकती है। धातु की चादरें, कठोर प्लाईवुड की शीट और चिकनी प्लास्टर वाली दीवारें ध्वनि के अच्छे परावर्तक हैं। दूसरी ओर, छिद्रपूर्ण सामग्री जैसे कि कॉर्क या थर्मोकोल की चादरें ध्वनि के खराब परावर्तक हैं। वे उन्हें हड़ताली ध्वनि को अवशोषित करते हैं।

एक बड़े सभागार या सिनेमा हॉल की दीवारों, छत और फर्श को ध्वनि अवशोषित सामग्री द्वारा कवर किया जाता है। श्रोताओं को गूँज सुनाई नहीं देती क्योंकि इन सामग्रियों से ध्वनि का कोई प्रतिबिंब नहीं होता है, वे केवल एक ध्वनि सुनते हैं जो सीधे स्रोत से आती है।

अनुनाद:  जब किसी पिंड को अपनी स्वतंत्र अवधि के बराबर समय-समय की आवधिक शक्ति द्वारा कंपन की स्थिति में बनाए रखा जाता है, तो इसे प्रतिध्वनि के कंपन को निष्पादित करने के लिए कहा जाता है और घटना को अनुनाद कहा जाता है। पुल पर एक निलंबन पार करने वाले सैनिकों को हमेशा कदम तोड़ने के लिए कहा जाता है। यदि वे चरण में पुल पर मार्च करना शुरू करते हैं, तो उनके चरण की आवृत्ति पुल की प्राकृतिक आवृत्ति से सहमत हो सकती है। उस मामले में, पुल संरचना हिंसक और खतरनाक गुंजयमान कंपन में सेट हो सकती है और यहां तक कि दुर्घटनाग्रस्त हो सकती है। कई खिलौनों का निर्माण इस तरह से किया जाता है जैसे किसी विशेष शब्द का जवाब देना। उनकी कार्रवाई प्रतिध्वनि की घटना पर निर्भर करती है।
कभी-कभी एक तेज गति से चलने वाले ऑटोमोबाइल में तेज तेज ध्वनि दिखाई देती है, लेकिन यदि गति थोड़ी बदल जाती है, तो ध्वनि गायब हो जाती है। ध्वनि कार इंजन और तेजस्वी वस्तु के बीच प्रतिध्वनित होने के कारण है।