ध्वनि की उत्पत्ति
मंदिर की घंटी पर चोट करने से वह ज़ोर से बजती है, पर उसके किनारे पर हाथ रखते ही आवाज़ बंद हो जाती है। हाथ ने क्या रोका?
हर ध्वनि की शुरुआत कंपन से होती है, यानी वस्तु की तेज़ आगे-पीछे गति से। कंपन करने वाली वस्तु स्रोत कहलाती है। तबले में तनी हुई झिल्ली कंपन करती है, सितार में तार, बाँसुरी में नली के भीतर का वायु-स्तंभ, और मनुष्य में कंठ के अंदर की स्वर-रज्जुएँ। स्वरित्र को नरम रबर की गद्दी पर मारते हैं ताकि उसकी भुजाएँ कंपन करें। कंपन रुकते ही ध्वनि भी रुक जाती है। अधिकांश वाद्यों में एक से अधिक कंपित भाग होते हैं और वाद्य का ढाँचा ध्वनि को और भरा-पूरा बनाता है।
आकृति में : प्रत्येक ध्वनि का स्रोत कंपन करता है।
नियम 1 : कंपन नहीं तो ध्वनि नहीं — बजती वस्तु को छूने पर उसका कंपन रुक जाए तो ध्वनि तुरंत रुक जाती है।
- आसान : बजते घंटे के किनारे पर हाथ रखते ही आवाज़ रुक जाती है।
- मध्यम : छेड़ा हुआ गिटार का तार उँगली से दबाने पर शांत हो जाता है।
- परीक्षा-प्रकार : जार में लटकी घंटी तभी बजती है जब वह कंपन करती है।
नियम 2 : अलग-अलग स्रोत अलग-अलग भाग कंपित करते हैं — तार, झिल्लियाँ, वायु-स्तंभ और स्वर-रज्जुएँ स्रोत हो सकते हैं, और अधिक पतला या अधिक कसा भाग तेज़ कंपन करता है।
- आसान : ढोलक में झिल्ली कंपन करती है।
- मध्यम : बाँसुरी में वायु-स्तंभ कंपन करता है।
- परीक्षा-प्रकार : गुनगुनाते समय स्वर-रज्जुएँ कंपन करती हैं, जो गले पर महसूस होता है।
ध्वनि स्रोत नामक कंपित वस्तु से उत्पन्न होती है।
यह सोचना कि बिना कंपन के भी ध्वनि हो सकती है। धीमी फुसफुसाहट में भी स्वर-रज्जुएँ कंपन करती हैं।
याद रखने की युक्ति : स्थिर = शांत — कंपन नहीं तो ध्वनि नहीं!
अंतर पहचानें
| स्रोत | कंपित भाग | उदाहरण |
|---|---|---|
| तबला | तनी झिल्ली | ढोल का मुँह |
| सितार | तार | छेड़ा हुआ तार |
| बाँसुरी | वायु-स्तंभ | फूँकी हुई नली |
अभ्यास के प्रश्न
- 1ध्वनि उत्पन्न करने वाली वस्तु को क्या कहते हैं?
- 2मानव-वाणी बनाने के लिए गले का कौन-सा भाग कंपन करता है?
- 3घंटी का कंपन रुकने पर ध्वनि का क्या होता है?
- 4स्वरित्र को पत्थर पर नहीं, रबर की गद्दी पर क्यों मारते हैं?
- 5अपनी आवाज़ का कंपन कैसे महसूस किया जा सकता है?
- 6पतला रबर बैंड मोटे बैंड से ऊँचे स्वर में क्यों बजता है?
- 7एक छात्र तार को छेड़ता है तो वह धुँधला दिखता है, फिर छूने पर आवाज़ रुक जाती है। दोनों अवलोकन समझाइए।
- 8ऐसे दो वाद्य बताइए जिनमें कंपित भाग तार नहीं है और प्रत्येक का कंपित भाग लिखिए।
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1स्रोत।
- 2स्वर-रज्जुएँ।
- 3ध्वनि रुक जाती है।
- 4कठोर सतह पर मारने से वह खराब हो सकता है और कर्कश ध्वनि आती है, जबकि रबर की गद्दी भुजाओं को खुलकर कंपन करने देती है।
- 5गुनगुनाते समय गले पर उँगली रखने से कंपन से उँगलियों को गुदगुदी होती है।
- 6पतला बैंड तेज़ कंपन करता है, इसलिए उसकी आवृत्ति अधिक होती है।
- 7तार कंपन करता है इसलिए धुँधला दिखता है और ध्वनि बनती है; छूने से कंपन रुकता है, इसलिए ध्वनि रुक जाती है।
- 8तबला, जिसकी झिल्ली कंपन करती है, और बाँसुरी, जिसका वायु-स्तंभ कंपन करता है।
ध्वनि का संचरण और माध्यम की आवश्यकता
दो मित्र स्कूल की बेंच खटखटाते हैं, एक का कान बेंच के दूसरे सिरे पर है। सुनने वाले को थपक ज़ोर से सुनाई देती है, पर कमरे के उस पार के मित्र को मुश्किल से। ध्वनि किसमें होकर पहुँची?
ध्वनि स्रोत से श्रोता तक माध्यम में होकर चलती है, और माध्यम ठोस, द्रव या गैस हो सकता है। जिस स्थान में कोई पदार्थ नहीं होता वह निर्वात है। घंटी-जार के प्रयोग में बंद जार से हवा निकाली जाती है तो भीतर की बिजली की घंटी बजती रहती है, पर आवाज़ धीमी पड़ते-पड़ते सुनाई देना बंद हो जाती है, जबकि घंटी कंपन करती दिखती है। हवा वापस आने देने पर आवाज़ लौट आती है। इससे पता चलता है कि ध्वनि निर्वात में नहीं चल सकती। प्रकाश को माध्यम नहीं चाहिए, इसलिए सूर्य का प्रकाश पृथ्वी तक पहुँचता है पर सूर्य से कोई ध्वनि नहीं आती। अंतरिक्ष में यात्री अपनी पोशाक में लगे उपकरणों से संवाद करते हैं।
आकृति में : ध्वनि कान तक केवल माध्यम से पहुँचती है।
नियम 1 : ध्वनि को भौतिक माध्यम चाहिए — यह ठोस, द्रव या गैस में चल सकती है, पर निर्वात में नहीं।
- आसान : स्टील की नली पर थपक दूसरे सिरे पर धातु से होकर सुनाई देती है।
- मध्यम : पानी के नीचे टकराए दो पत्थर गोताखोर को पानी से होकर सुनाई देते हैं।
- परीक्षा-प्रकार : स्कूल की घंटी की आवाज़ हवा से होकर आपके कान तक पहुँचती है।
नियम 2 : माध्यम कम तो ध्वनि मंद — माध्यम की मात्रा घटने पर ध्वनि कमज़ोर होती है, और माध्यम न हो तो वह श्रोता तक नहीं पहुँचती।
- आसान : बेल-जार से हवा निकालने पर घंटी की आवाज़ मंद होती है।
- मध्यम : हवा वापस आने पर आवाज़ लौट आती है।
- परीक्षा-प्रकार : चंद्रमा पर दो अंतरिक्ष यात्री उपकरणों के बिना एक-दूसरे को नहीं सुन सकते।
ध्वनि को भौतिक माध्यम चाहिए और वह निर्वात में नहीं चल सकती।
यह मानना कि घंटी-जार के प्रयोग में घंटी बजना बंद कर देती है। वह अब भी कंपन करती है, पर उसकी ध्वनि ले जाने वाला माध्यम नहीं होता।
याद रखने की युक्ति : माध्यम नहीं तो संदेश नहीं — ध्वनि खाली जगह से घबराती है!
अंतर पहचानें
| माध्यम | प्रकार | क्या ध्वनि चलती है? |
|---|---|---|
| स्टील की पटरी | ठोस | हाँ |
| पानी | द्रव | हाँ |
| निर्वात | पदार्थ नहीं | नहीं |
अभ्यास के प्रश्न
- 1जिस पदार्थ में होकर ध्वनि चलती है उसे क्या कहते हैं?
- 2निर्वात क्या है?
- 3घंटी-जार से हवा निकालने पर ध्वनि का क्या होता है?
- 4घंटी कंपन करती दिखती है पर उसकी आवाज़ क्यों नहीं सुनाई देती?
- 5सूर्य दिखता है पर उसकी आवाज़ क्यों नहीं सुनाई देती?
- 6अंतरिक्ष-चहलकदमी में यात्री आपस में कैसे बात करते हैं?
- 7अभिकथन : ध्वनि निर्वात में नहीं चल सकती। कारण : ध्वनि को माध्यम चाहिए। निर्णय करें और समझाइए।
- 8एक लड़का लंबी धातु की बाड़ पर कान लगाता है और मित्र दूसरे सिरे को खटखटाता है। माध्यम और पदार्थ की अवस्था बताइए।
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1माध्यम।
- 2ऐसा स्थान जिसमें कोई पदार्थ नहीं होता।
- 3वह मंद होती जाती है और अंत में सुनाई नहीं देती।
- 4खाली जार से प्रकाश आँख तक आता है, पर ध्वनि को कान तक ले जाने के लिए माध्यम चाहिए।
- 5प्रकाश अंतरिक्ष के लगभग निर्वात से गुज़रता है, पर ध्वनि नहीं गुज़र सकती।
- 6वे अपनी अंतरिक्ष-पोशाक में लगे विशेष उपकरणों का उपयोग करते हैं।
- 7दोनों सत्य हैं और कारण अभिकथन की व्याख्या करता है, क्योंकि माध्यम के बिना ध्वनि के चलने के लिए कुछ नहीं होता।
- 8बाड़ की धातु, जो ठोस अवस्था है।
ध्वनि तरंगें : संपीडन और विरलन
लंबी रस्सी को बगल में हिलाने पर उसमें एक उभार आगे बढ़ता है, पर कुंडली वाली स्प्रिंग को धकेलने और खींचने पर कुंडलियों का गुच्छा आगे बढ़ता है। इनमें से कौन ध्वनि जैसा है?
ध्वनि तरंग माध्यम में आगे बढ़ने वाले संपीडनों और विरलनों की श्रृंखला है। संपीडन वह भाग है जहाँ कण सिमटे होते हैं और घनत्व औसत से अधिक होता है, और विरलन वह जहाँ वे दूर-दूर होते हैं और घनत्व कम होता है। कण तरंग के साथ नहीं चलते; प्रत्येक कण तरंग की दिशा के समांतर अपनी माध्य स्थिति के चारों ओर कंपन करता है, इसलिए ध्वनि अनुदैर्ध्य तरंग है। अनुप्रस्थ तरंग में कण गति की दिशा के लंबवत कंपन करते हैं, जैसे प्रकाश में। ध्वनि को माध्यम चाहिए इसलिए वह यांत्रिक तरंग है। पिस्टन आगे बढ़ते समय संपीडन और पीछे आते समय विरलन बनाता है।
आकृति में : ध्वनि अनुदैर्ध्य यांत्रिक तरंग है।
नियम 1 : ध्वनि तरंग में संपीडन और विरलन होते हैं — सिमटे भाग में घनत्व अधिक और फैले भाग में कम होता है, और दोनों बारी-बारी से आते हैं।
- आसान : आगे बढ़ता पिस्टन संपीडन बनाता है।
- मध्यम : पीछे हटता पिस्टन विरलन बनाता है।
- परीक्षा-प्रकार : धकेली-खींची गई स्प्रिंग सिमटी और फैली कुंडलियाँ दिखाती है।
नियम 2 : कण कंपन करते हैं पर यात्रा नहीं करते — प्रत्येक कण तरंग की दिशा में अपनी स्थिति के चारों ओर दोलन करता है, जबकि विक्षोभ और उसकी ऊर्जा आगे बढ़ती है।
- आसान : ध्वनि गुज़रते समय हवा में धूल का कण केवल आगे-पीछे हिलता है।
- मध्यम : स्प्रिंग की कुंडलियाँ स्प्रिंग की दिशा में दोलन करती हैं।
- परीक्षा-प्रकार : ध्वनि हम तक ऊर्जा के रूप में आती है, स्रोत से खिसकती हवा के रूप में नहीं।
ध्वनि संपीडन और विरलन से बनी अनुदैर्ध्य यांत्रिक तरंग है।
यह सोचना कि हवा के कण घंटी से कान तक यात्रा करते हैं। केवल विक्षोभ यात्रा करता है।
याद रखने की युक्ति : अनुदैर्ध्य = साथ-साथ लंबाई में — कण रास्ते की दिशा में हिलते हैं!
अंतर पहचानें
| तरंग | कणों की गति | उदाहरण |
|---|---|---|
| अनुदैर्ध्य | तरंग की दिशा में | ध्वनि |
| अनुप्रस्थ | समकोण पर | प्रकाश |
| यांत्रिक | माध्यम चाहिए | ध्वनि |
अभ्यास के प्रश्न
- 1ध्वनि तरंग में अधिक घनत्व वाले भाग को क्या कहते हैं?
- 2कम घनत्व वाले भाग को क्या कहते हैं?
- 3ध्वनि अनुदैर्ध्य है या अनुप्रस्थ तरंग?
- 4ध्वनि को यांत्रिक तरंग क्यों कहते हैं?
- 5ध्वनि तरंग गुज़रते समय धूल का कण क्या करता है?
- 6प्रकाश ध्वनि से कैसे अलग है?
- 7एक छात्र रस्सी को ऊपर-नीचे हिलाता है और उसमें तरंग आगे बढ़ती है। वह अनुदैर्ध्य है या अनुप्रस्थ, और क्यों?
- 8अभिकथन : हवा के कण स्रोत से कान तक जाते हैं। कारण : ध्वनि एक तरंग है। निर्णय करें और सुधारिए।
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1संपीडन।
- 2विरलन।
- 3अनुदैर्ध्य।
- 4उसे चलने के लिए भौतिक माध्यम चाहिए।
- 5वह अपनी जगह के चारों ओर आगे-पीछे कंपन करता है।
- 6प्रकाश अनुप्रस्थ तरंग है और उसे माध्यम नहीं चाहिए।
- 7अनुप्रस्थ, क्योंकि रस्सी ऊपर-नीचे हिलती है, यानी तरंग की दिशा के समकोण पर।
- 8अभिकथन असत्य है, क्योंकि कण केवल अपनी जगह के चारों ओर कंपन करते हैं और विक्षोभ व उसकी ऊर्जा कान तक पहुँचती है।
तरंगदैर्घ्य, आवृत्ति और आवर्तकाल
सितार का एक तार धीरे छेड़ा और दूसरा तेज़ छेड़ा तो आवाज़ें अलग आती हैं, जबकि दोनों एक ही कमरे में सुनाई देते हैं। उन्हें अलग करने वाली कौन-सी मापने योग्य राशि है?
तरंग को कुछ मापने योग्य राशियों से बताया जा सकता है। दो क्रमागत शृंगों या दो क्रमागत गर्तों के बीच की दूरी तरंगदैर्घ्य है, जो m में मापी जाती है। एक निश्चित बिंदु पर एक सेकंड में घनत्व के दोलनों की संख्या आवृत्ति ν है, जो हर्ट्ज़ में मापी जाती है; 1 Hz यानी प्रति सेकंड 1 दोलन। एक पूर्ण दोलन में लगने वाला समय आवर्तकाल T है, जो सेकंड में मापा जाता है। दोनों का व्युत्क्रम संबंध ν = 1 / T है। घनत्व-ग्राफ़ पर सबसे ऊँचा बिंदु शृंग है, जो संपीडन दर्शाता है, और सबसे निचला बिंदु गर्त है, जो विरलन दर्शाता है। एक ही आवृत्ति की शुद्ध ध्वनि को स्वर (टोन) कहते हैं।
आकृति में : आवृत्ति आवर्तकाल का व्युत्क्रम होती है।
तरंगदैर्घ्य, आवृत्ति और आवर्तकाल
ऐप में इस आकृति को हाथ से हिलाकर देख सकते हैं।
ऐप में खोलेंनियम 1 : आवृत्ति और आवर्तकाल एक-दूसरे के व्युत्क्रम — हर्ट्ज़ में आवृत्ति यानी एक भाग सेकंड में आवर्तकाल।
- आसान : 0.02 s आवर्तकाल की तरंग की आवृत्ति 50 Hz होती है।
- मध्यम : 4 Hz आवृत्ति की तरंग का आवर्तकाल 0.25 s होता है।
- परीक्षा-प्रकार : 3 s में 24 दोलन यानी आवृत्ति 8 Hz।
नियम 2 : तरंगदैर्घ्य शृंग से शृंग तक मापते हैं — दो क्रमागत शृंग या दो क्रमागत गर्त एक तरंगदैर्घ्य दूर होते हैं, और शृंग व अगला गर्त आधे तरंगदैर्घ्य दूर होते हैं।
- आसान : 3 cm और 7 cm पर शृंग हों तो तरंगदैर्घ्य 4 cm।
- मध्यम : क्रमागत गर्त 1.2 m दूर हों तो तरंगदैर्घ्य 1.2 m।
- परीक्षा-प्रकार : शृंग 0 cm पर और गर्त 3 cm पर हो तो तरंगदैर्घ्य 6 cm।
आवृत्ति ν = 1 / T होती है, और तरंगदैर्घ्य क्रमागत शृंगों के बीच की दूरी है।
ग्राफ़ पढ़ते समय शृंग से अगले गर्त तक की दूरी को पूरा तरंगदैर्घ्य कहना। वह केवल आधा होती है।
याद रखने की युक्ति : तेज़ तरंग, छोटा आवर्तकाल — आवृत्ति और आवर्तकाल उलटे चलते हैं!
अंतर पहचानें
| राशि | मात्रक | संबंध |
|---|---|---|
| तरंगदैर्घ्य | मीटर | शृंग से शृंग |
| आवृत्ति | हर्ट्ज़ | ν = 1 / T |
| आवर्तकाल | सेकंड | T = 1 / ν |
अभ्यास के प्रश्न
- 1आवृत्ति का SI मात्रक क्या है?
- 2आवृत्ति और आवर्तकाल के बीच संबंध क्या है?
- 3दो क्रमागत शृंगों के बीच की दूरी को क्या कहते हैं?
- 4एक स्रोत प्रति सेकंड 40 बार दोलन करता है। 5 s में वह कितने दोलन करता है?
- 550 Hz की तरंग का आवर्तकाल कितना है?
- 6कम आवर्तकाल का अर्थ अधिक आवृत्ति क्यों है?
- 7एक छात्र देखता है कि 4 s में एक बिंदु से 36 संपीडन गुज़रते हैं। आवृत्ति और आवर्तकाल ज्ञात कीजिए।
- 8घनत्व-ग्राफ़ पर एक शृंग 2 cm पर और अगला शृंग 8 cm पर है। तरंगदैर्घ्य और अगले गर्त तक की दूरी ज्ञात कीजिए।
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1हर्ट्ज़।
- 2ν = 1 / T।
- 3तरंगदैर्घ्य।
- 440 × 5 = 200 दोलन।
- 5T = 1 / 50 = 0.02 s।
- 6क्योंकि आवृत्ति आवर्तकाल का व्युत्क्रम होती है, इसलिए कम आवर्तकाल में प्रति सेकंड अधिक दोलन होते हैं।
- 7आवृत्ति 36 ÷ 4 = 9 Hz, और आवर्तकाल 1 ÷ 9 ≈ 0.11 s।
- 8तरंगदैर्घ्य 8 − 2 = 6 cm, और अगले गर्त तक की दूरी उसका आधा, यानी 3 cm।
ध्वनि की ऊर्जा, आयाम और तीव्रता
मैदान के उस छोर पर लगाई गई ज़ोर की पुकार आपके पास साफ़ सुनाई देती है, पर फुसफुसाहट नहीं। दोनों बराबर दूरी तय करती हैं, फिर अंतर कहाँ है?
कंपित स्रोत माध्यम को ऊर्जा देता है, और ध्वनि तरंग कणों को नहीं बल्कि उसी ऊर्जा को एक स्थान से दूसरे स्थान तक ले जाती है। औसत घनत्व से घनत्व में अधिकतम बदलाव आयाम है। अधिक आयाम अधिक ऊर्जा ले जाता है और अधिक प्रबल सुनाई देता है। एक सेकंड में इकाई क्षेत्रफल से गुज़रने वाली ध्वनि ऊर्जा की मात्रा तीव्रता है। दूरी के साथ तीव्रता घटती है क्योंकि वही ऊर्जा बड़े क्षेत्रफल पर फैल जाती है। माइक्रोफोन ध्वनि को विद्युत संकेत में बदलता है, और लाउडस्पीकर विद्युत संकेत को ध्वनि में। श्रवण-यंत्र में माइक्रोफोन, प्रवर्धक और स्पीकर होते हैं।
आकृति में : अधिक आयाम अधिक ऊर्जा ले जाता है।
नियम 1 : अधिक आयाम यानी अधिक ऊर्जा — ज़ोर से चोट करने पर आयाम अधिक, ऊर्जा अधिक और ध्वनि अधिक प्रबल होती है।
- आसान : प्लेट पर ज़ोर से चोट करने पर चादर के दाने अधिक ऊँचे उछलते हैं।
- मध्यम : पुकार फुसफुसाहट से तेज़ होती है।
- परीक्षा-प्रकार : ज़ोर से बजाया ढोल अधिक तेज़ बजता है।
नियम 2 : दूरी बढ़ने पर तीव्रता घटती है — वही ऊर्जा बड़े क्षेत्रफल पर फैलती है, इसलिए प्रति इकाई क्षेत्रफल कम मिलती है।
- आसान : 10 m पर ध्वनि 5 m की ध्वनि से कमज़ोर होती है।
- मध्यम : दूर का बैंड धीमा सुनाई देता है।
- परीक्षा-प्रकार : बड़े आयाम की ध्वनि मंद पड़ने से पहले अधिक दूरी तक जाती है।
ध्वनि तरंग ऊर्जा ले जाती है, और अधिक आयाम उसकी अधिक मात्रा ले जाता है।
यह सोचना कि ध्वनि मंद होने पर ऊर्जा नष्ट हो जाती है। वह केवल बड़े क्षेत्रफल पर फैल जाती है।
याद रखने की युक्ति : बड़ा आयाम, बड़ी ऊर्जा — ऊँचा शृंग यानी ज़ोरदार आवाज़!
अंतर पहचानें
| राशि | अर्थ | प्रभाव |
|---|---|---|
| आयाम | घनत्व में अधिकतम बदलाव | अधिक हो तो ज़ोर से |
| तीव्रता | प्रति क्षेत्रफल प्रति सेकंड ऊर्जा | दूरी के साथ घटती |
| माइक्रोफोन | ध्वनि से संकेत | श्रवण-यंत्र में प्रयोग |
अभ्यास के प्रश्न
- 1माइक्रोफोन ध्वनि को किसमें बदलता है?
- 2औसत घनत्व से घनत्व में अधिकतम बदलाव को क्या कहते हैं?
- 3लाउडस्पीकर किसे बदलता है?
- 4चादर के पास ध्वनि करने पर उस पर रखे दाने क्यों उछलते हैं?
- 5दूरी के साथ ध्वनि की तीव्रता क्यों घटती है?
- 6श्रवण-यंत्र में कौन-से तीन भाग होते हैं?
- 7एक ही माध्यम में ध्वनि A का आयाम ध्वनि B से दुगुना है। उनकी ऊर्जा की तुलना कीजिए और बताइए कि प्रत्येक कैसी सुनाई देती है।
- 8एक बिंदु-स्रोत सभी दिशाओं में समान ध्वनि भेजता है। 5 m और 10 m पर तीव्रता की तुलना कीजिए।
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1विद्युत संकेत में।
- 2आयाम।
- 3विद्युत संकेत को ध्वनि में।
- 4ध्वनि से हवा और फिर चादर कंपन करती है, और चादर दानों को हिलाती है।
- 5वही ऊर्जा बड़े क्षेत्रफल पर फैल जाती है।
- 6माइक्रोफोन, प्रवर्धक और स्पीकर।
- 7ध्वनि A अधिक ऊर्जा ले जाती है और B से अधिक प्रबल सुनाई देती है।
- 810 m पर तीव्रता कम होती है, क्योंकि वही ऊर्जा बड़े क्षेत्रफल पर फैलती है।
ध्वनि की चाल
आँधी में आप बिजली चमकती देखते हैं और फिर गड़गड़ाहट पहुँचने से पहले कुछ सेकंड गिनते हैं। इस देरी से क्या पता चलता है?
ध्वनि की चाल तरंग के एक बिंदु, जैसे शृंग, द्वारा एक सेकंड में तय की गई दूरी है। किसी भी तरंग के लिए v = λ × ν। ध्वनि ठोस में सबसे तेज़, द्रव में उससे धीमी और गैस में सबसे धीमी चलती है। शुष्क हवा में यह 0 °C पर लगभग 331 m/s और 22 °C पर लगभग 344 m/s होती है, यानी तापमान बढ़ने पर चाल बढ़ती है, और आर्द्रता से भी। अधिकांश माध्यमों में चाल माध्यम पर निर्भर करती है, आवृत्ति पर नहीं, इसलिए आवृत्ति बढ़ने पर तरंगदैर्घ्य घटता है। समुद्री जल में ध्वनि लगभग 1500 m/s और स्टील में लगभग 5000 m/s चलती है। प्रकाश ध्वनि से बहुत तेज़ है, इसलिए बिजली पहले दिखती है और गड़गड़ाहट बाद में सुनाई देती है।
आकृति में : ध्वनि ठोस में सबसे तेज़ और गैस में सबसे धीमी होती है।
नियम 1 : v = λ × ν — चाल यानी तरंगदैर्घ्य गुणा आवृत्ति, इसलिए कोई भी एक राशि बाकी दो से निकाली जा सकती है।
- आसान : तरंगदैर्घ्य 2 m और आवृत्ति 170 Hz हो तो चाल 340 m/s।
- मध्यम : 340 m/s और 85 Hz हों तो तरंगदैर्घ्य 4 m।
- परीक्षा-प्रकार : पानी में 1500 m/s और 300 Hz हों तो तरंगदैर्घ्य 5 m।
नियम 2 : चाल माध्यम पर निर्भर — ठोस द्रव से तेज़, द्रव गैस से तेज़, और गर्म हवा ठंडी हवा से तेज़ होती है।
- आसान : स्टील में 5000 m/s हवा के 340 m/s से कहीं अधिक है।
- मध्यम : 22 °C पर ध्वनि 0 °C से थोड़ी तेज़ होती है।
- परीक्षा-प्रकार : किसी माध्यम में स्रोत की आवृत्ति बदलने पर भी चाल नहीं बदलती।
ध्वनि की चाल v = λ × ν होती है, ठोस में सबसे अधिक और गैस में सबसे कम।
यह सोचना कि अधिक आवृत्ति से ध्वनि तेज़ चलती है। इससे तरंगदैर्घ्य घटता है, चाल नहीं।
याद रखने की युक्ति : ठोस तेज़, गैस धीमी — पास-पास के कण विक्षोभ झटपट आगे देते हैं!
अंतर पहचानें
| माध्यम | लगभग चाल | क्रम |
|---|---|---|
| हवा (22 °C) | 344 m/s | सबसे धीमी |
| समुद्री जल | 1500 m/s | अधिक तेज़ |
| स्टील | 5000 m/s | सबसे तेज़ |
अभ्यास के प्रश्न
- 1तरंग की चाल का सूत्र क्या है?
- 2ध्वनि किस प्रकार के माध्यम में सबसे तेज़ चलती है?
- 322 °C पर शुष्क हवा में ध्वनि की चाल कितनी है?
- 4बिजली पहले क्यों दिखती है और गड़गड़ाहट बाद में क्यों सुनाई देती है?
- 5स्थिर चाल पर आवृत्ति बढ़ने से तरंगदैर्घ्य का क्या होता है?
- 6ध्वनि गैस से अधिक तेज़ ठोस में क्यों चलती है?
- 71000 Hz का स्वर हवा में 340 m/s की चाल से चलता है। उसका तरंगदैर्घ्य ज्ञात कीजिए और बताइए कि पानी में जाने पर क्या बदलता है।
- 8बिजली चमकने के 3 s बाद गड़गड़ाहट सुनाई देती है। 340 m/s मानकर आँधी की दूरी ज्ञात कीजिए।
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1v = λ × ν।
- 2ठोस में।
- 3लगभग 344 m/s।
- 4ध्वनि प्रकाश से बहुत धीमी चलती है, इसलिए चमक पहले पहुँचती है।
- 5तरंगदैर्घ्य घटता है, क्योंकि v = λ × ν।
- 6ठोस के कण पास-पास होते हैं, इसलिए विक्षोभ तुरंत आगे बढ़ता है।
- 7तरंगदैर्घ्य 340 ÷ 1000 = 0.34 m, और पानी में जाने पर चाल और तरंगदैर्घ्य बदलते हैं पर आवृत्ति वही रहती है।
- 8दूरी = 340 × 3 = 1020 m।
तारत्व, प्रबलता और श्रव्य परास
सीटी और ढोल बराबर ज़ोर से बज सकते हैं, फिर भी एक तीखा और दूसरा गहरा लगता है। तरंग का कौन-सा गुण अंतर करता है?
तारत्व वह है जो कान को आवृत्ति के रूप में अनुभव होता है, इसलिए अधिक आवृत्ति की ध्वनि तीखी और कम आवृत्ति की ध्वनि गहरी होती है। प्रबलता आयाम पर निर्भर करती है और डेसिबल में, यानी dB में मापी जाती है। मनुष्य की श्रव्य परास लगभग 20 Hz से 20 kHz है। 20 Hz से कम तरंगें अपश्रव्य हैं, जिन्हें हाथी महसूस करते हैं, और 20 kHz से अधिक तरंगें पराश्रव्य हैं, जिन्हें कुत्ते, चमगादड़ और डॉल्फ़िन सुनते हैं। अनचाही ध्वनि शोर है। कर्णपटह कंपन करता है और कर्णावर्त कंपनों को मस्तिष्क के लिए संकेतों में बदलता है। दो वाद्य एक ही सुर को समान प्रबलता से बजाएँ तो भी ध्वनि-गुणता के कारण अलग सुनाई देते हैं। सप्तक दुगुनी आवृत्ति का सुर है।
आकृति में : तारत्व आवृत्ति के अनुसार और प्रबलता आयाम के अनुसार होती है।
तारत्व, प्रबलता और श्रव्य परास
ऐप में इस आकृति को हाथ से हिलाकर देख सकते हैं।
ऐप में खोलेंनियम 1 : तारत्व आवृत्ति के अनुसार — अधिक आवृत्ति ऊँचे तारत्व की और कम आवृत्ति गहरे तारत्व की सुनाई देती है।
- आसान : सायरन का तारत्व उच्च होता है।
- मध्यम : बादल की गड़गड़ाहट का तारत्व निम्न होता है।
- परीक्षा-प्रकार : 300 Hz से एक सप्तक ऊपर का सुर 600 Hz पर होता है।
नियम 2 : प्रबलता आयाम के अनुसार — अधिक आयाम अधिक प्रबल सुनाई देता है और स्तर डेसिबल में मापा जाता है।
- आसान : सामान्य बातचीत लगभग 60 dB की होती है।
- मध्यम : पटाखा 100 dB से ऊपर होता है और सुनने को हानि पहुँचा सकता है।
- परीक्षा-प्रकार : ध्वनि प्रदूषण का नींद और स्वास्थ्य पर असर पड़ता है।
तारत्व आवृत्ति पर, प्रबलता आयाम पर निर्भर करती है, और मनुष्य को 20 Hz से 20 kHz सुनाई देती है।
तारत्व और प्रबलता को आपस में मिला देना। तीखी ध्वनि का तेज़ होना ज़रूरी नहीं, और गहरी ध्वनि भी बहुत तेज़ हो सकती है।
याद रखने की युक्ति : तारत्व = आवृत्ति, प्रबलता = आयाम — दो जोड़ियाँ याद रखें!
अंतर पहचानें
| ध्वनि | आवृत्ति | क्या मनुष्य सुनता है? |
|---|---|---|
| 15 Hz | अपश्रव्य | नहीं |
| 440 Hz | श्रव्य | हाँ |
| 30 kHz | पराश्रव्य | नहीं |
अभ्यास के प्रश्न
- 1मनुष्य के श्रवण की श्रव्य परास क्या है?
- 2प्रबलता किस मात्रक में मापी जाती है?
- 320 kHz से अधिक की तरंगों को क्या कहते हैं?
- 4किशोरावस्था में लड़के की आवाज़ भारी क्यों हो जाती है?
- 5कुत्ता वह सीटी क्यों सुन लेता है जो मनुष्य नहीं सुन पाता?
- 6दो कान हमारे किस काम आते हैं?
- 7एक कुत्ते की सीटी 30 kHz की ध्वनि देती है। मनुष्य और कुत्ता उसे सुन सकेंगे या नहीं, कारण सहित निर्णय कीजिए।
- 8दो वाद्य एक ही सुर समान प्रबलता से बजाते हैं पर अलग सुनाई देते हैं। वह गुण और उसका कारण बताइए।
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1लगभग 20 Hz से 20 kHz।
- 2डेसिबल।
- 3पराश्रव्य तरंगें।
- 4उसकी स्वर-रज्जुएँ लंबी और मोटी हो जाती हैं, इसलिए वे कम बार कंपन करती हैं और आवृत्ति घटती है।
- 5सीटी 20 kHz से ऊपर है, जिसे कुत्ता पहचान सकता है पर मनुष्य नहीं।
- 6दोनों कानों के बीच के बहुत छोटे समय-अंतर से ध्वनि की दिशा का पता चलता है।
- 7मनुष्य उसे नहीं सुन सकता और कुत्ता सुन सकता है, क्योंकि वह 20 kHz से ऊपर है और कुत्ते पराश्रव्य ध्वनि पहचानते हैं।
- 8ध्वनि-गुणता, जो प्रत्येक वाद्य के आकार, पदार्थ और अधिस्वरकों से आती है।
ध्वनि का परावर्तन, प्रतिध्वनि और अनुप्रयोग
खाली सभागार में चिल्लाने पर आपकी आवाज़ दोबारा सुनाई देती है, पर कक्षा में नहीं। दोहराव सुनाई देना किस पर निर्भर है?
ध्वनि कठोर सतह से टकराकर लौटती है, यही ध्वनि का परावर्तन है, और आपतन कोण परावर्तन कोण के बराबर होता है। परावर्तन के बाद सुनाई देने वाली ध्वनि की पुनरावृत्ति प्रतिध्वनि है। कान ध्वनि का प्रभाव लगभग 0.1 s तक रखता है, इसलिए परावर्तित ध्वनि कम से कम 0.1 s बाद लौटनी चाहिए, जिसके लिए चाल 340 m/s होने पर सतह लगभग 17 m दूर चाहिए। बार-बार परावर्तन से ध्वनि का बने रहना अनुरणन है, जिसे नरम पदार्थ घटाते हैं। पराश्रव्य ध्वनि चिकित्सा जाँच, सफ़ाई और दरारें खोजने में काम आती है। चमगादड़ और डॉल्फ़िन प्रतिध्वनि-स्थान-निर्धारण से रास्ता खोजते हैं, और जहाज़ गहराई जानने के लिए सोनार का उपयोग करते हैं, जहाँ दूरी यानी चाल × समय का आधा।
आकृति में : प्रतिध्वनि के लिए परावर्तक कम से कम 17 m दूर चाहिए।
नियम 1 : प्रतिध्वनि की दूरी यानी चाल × समय का आधा — ध्वनि सतह तक जाती है और लौटती है, इसलिए एकतरफ़ा दूरी कुल दूरी की आधी होती है।
- आसान : 340 m/s पर 3 s बाद चट्टान की प्रतिध्वनि यानी 510 m।
- मध्यम : 1500 m/s पर 4 s बाद सोनार की प्रतिध्वनि यानी गहराई 3000 m।
- परीक्षा-प्रकार : 1500 m/s पर 0.02 s बाद डॉल्फ़िन की प्रतिध्वनि यानी 15 m।
नियम 2 : स्पष्ट प्रतिध्वनि के लिए कम से कम 0.1 s चाहिए — परावर्तित ध्वनि जल्दी लौटे तो वह मूल ध्वनि में मिल जाती है और अलग प्रतिध्वनि नहीं सुनाई देती।
- आसान : 85 m दूर की दीवार ताली की आवाज़ 0.5 s बाद लौटाती है।
- मध्यम : 12 m दूर की दीवार उसे लगभग 0.07 s में लौटाती है, इसलिए प्रतिध्वनि नहीं।
- परीक्षा-प्रकार : सभागार में परदे और कालीन अनुरणन घटाते हैं।
प्रतिध्वनि की दूरी = चाल × समय ÷ 2 होती है, और स्पष्ट प्रतिध्वनि के लिए कम से कम 0.1 s चाहिए।
पूरी यात्रा के समय को एकतरफ़ा समय मान लेना। ध्वनि जाकर लौटती है, इसलिए 2 से भाग दें।
याद रखने की युक्ति : प्रतिध्वनि = जाना और लौटना — यात्रा आधी कर लें!
अंतर पहचानें
| उपयोग | तरंग | सिद्धांत |
|---|---|---|
| चिकित्सा जाँच | पराश्रव्य | ऊतकों से परावर्तन |
| सोनार | पराश्रव्य | समुद्र-तल से प्रतिध्वनि |
| चमगादड़ की उड़ान | पराश्रव्य | प्रतिध्वनि-स्थान-निर्धारण |
अभ्यास के प्रश्न
- 1परावर्तन के बाद सुनाई देने वाली ध्वनि की पुनरावृत्ति को क्या कहते हैं?
- 2सोनार (SONAR) का पूरा रूप क्या है?
- 3स्पष्ट प्रतिध्वनि के लिए कम से कम कितना समय-अंतर चाहिए?
- 4छोटे कमरे में प्रतिध्वनि क्यों नहीं सुनाई देती?
- 5छवि बनाने के लिए पराश्रव्य ध्वनि क्यों पसंद की जाती है?
- 6सभागार में नरम परदे कैसे मदद करते हैं?
- 7एक लड़का चिल्लाने के 3 s बाद प्रतिध्वनि सुनता है। ध्वनि 340 m/s की चाल से चले तो चट्टान कितनी दूर है?
- 8जहाज़ का सोनार स्पंद भेजने के 4 s बाद प्रतिध्वनि पाता है। पानी में 1500 m/s मानकर गहराई ज्ञात कीजिए।
उत्तर देखें (पहले खुद हल करें)
- 1प्रतिध्वनि।
- 2Sound Navigation And Ranging।
- 3लगभग 0.1 s।
- 4परावर्तित ध्वनि 0.1 s से कम समय में लौटकर मूल ध्वनि में मिल जाती है।
- 5उसका तरंगदैर्घ्य छोटा होता है और वह पतले पुंज में चलती है, इसलिए विवरण साफ़ मिलता है।
- 6वे ध्वनि सोखते हैं और अनुरणन घटाते हैं।
- 7दूरी = 340 × 3 ÷ 2 = 510 m।
- 8गहराई = 1500 × 4 ÷ 2 = 3000 m।