ध्वनीची निर्मिती
मंदिरातील घंटेवर आघात केला की ती मोठ्याने वाजते, पण तिच्या कडेवर हात ठेवताच आवाज थांबतो. हाताने काय थांबवले?
प्रत्येक ध्वनीची सुरुवात कंपनाने होते, म्हणजे वस्तूच्या जलद मागे-पुढे होणाऱ्या हालचालीने. कंपन पावणाऱ्या वस्तूला स्रोत म्हणतात. तबल्यात ताणलेले पटल कंपित होते, सतारीत तारा, बासरीत नळीतील हवेचा स्तंभ, आणि मानवात स्वरयंत्रातील स्वरतंतू. स्वरित्रावर मऊ रबराच्या गादीवर आघात करतात, म्हणजे त्याच्या भुजा कंपित होतात. कंपन थांबले की ध्वनीही थांबतो. बहुतेक वाद्यांमध्ये एकापेक्षा जास्त कंपित भाग असतात आणि वाद्याचा देह ध्वनी अधिक भरदार करतो.
आकृतीत : प्रत्येक ध्वनीचा स्रोत कंपन पावणारा असतो.
नियम 1 : कंपन नाही तर ध्वनी नाही — आवाज करणाऱ्या वस्तूला स्पर्श केला आणि तिचे कंपन थांबले की ध्वनी लगेच थांबतो.
- सोपे : वाजणाऱ्या घंट्याच्या कडेवर हात ठेवताच आवाज थांबतो.
- मध्यम : छेडलेली गिटारची तार बोटाने दाबली की शांत होते.
- परीक्षेसाठी : पात्रात टांगलेली घंटा कंपन पावत असतानाच वाजते.
नियम 2 : वेगवेगळे स्रोत वेगवेगळे भाग कंपित करतात — तारा, पटले, हवेचे स्तंभ आणि स्वरतंतू स्रोत असू शकतात, आणि जास्त पातळ किंवा जास्त ताणलेला भाग जलद कंपित होतो.
- सोपे : ढोलकीत पटल कंपित होते.
- मध्यम : बासरीत हवेचा स्तंभ कंपित होतो.
- परीक्षेसाठी : गुणगुणताना स्वरतंतू कंपित होतात, हे घशावर जाणवते.
ध्वनी हा स्रोत नावाच्या कंपित वस्तूमुळे निर्माण होतो.
कंपनाशिवायही ध्वनी असू शकतो असे समजणे. हळू कुजबुजतानाही स्वरतंतू कंपित होतात.
आठवणीची युक्ती : स्थिर = शांत — कंपन नाही तर ध्वनी नाही!
फरक ओळखा
| स्रोत | कंपित भाग | उदाहरण |
|---|---|---|
| तबला | ताणलेले पटल | ढोलाचे तोंड |
| सतार | तारा | छेडलेली तार |
| बासरी | हवेचा स्तंभ | फुंकलेली नळी |
सरावासाठी प्रश्न
- 1ध्वनी निर्माण करणाऱ्या वस्तूला काय म्हणतात?
- 2मानवी आवाज निर्माण करण्यासाठी घशातील कोणता भाग कंपित होतो?
- 3घंटेचे कंपन थांबले की ध्वनीचे काय होते?
- 4स्वरित्र दगडावर न आपटता रबराच्या गादीवर का आपटतात?
- 5आपल्याच आवाजाचे कंपन कसे जाणवते?
- 6पातळ रबर बँड जाड बँडपेक्षा उंच स्वरात का वाजतो?
- 7एका विद्यार्थ्याने तार छेडली तेव्हा ती धूसर दिसली, मग तिला स्पर्श केला आणि आवाज थांबला. दोन्ही निरीक्षणे स्पष्ट करा.
- 8तार हा कंपित भाग नसलेली दोन वाद्ये सांगा आणि प्रत्येकातील कंपित भाग लिहा.
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1स्रोत.
- 2स्वरतंतू.
- 3ध्वनी थांबतो.
- 4कठीण पृष्ठभागावर आपटल्याने ते खराब होऊ शकते आणि कर्कश ध्वनी येतो, तर रबराची गादी भुजांना मोकळेपणे कंपित होऊ देते.
- 5गुणगुणताना घशाला बोट लावले की कंपनाने बोटांना गुदगुल्या होतात.
- 6पातळ बँड जलद कंपित होतो, म्हणून त्याची वारंवारता जास्त असते.
- 7तार कंपित होते म्हणून ती धूसर दिसते आणि ध्वनी निर्माण होतो; तिला स्पर्श केल्याने कंपन थांबते, म्हणून ध्वनी थांबतो.
- 8तबला, ज्याचे पटल कंपित होते, आणि बासरी, जिच्यातील हवेचा स्तंभ कंपित होतो.
ध्वनीचे संचरण आणि माध्यमाची गरज
दोन मित्र शाळेच्या बाकावर टकटक करतात, एकाचा कान बाकाच्या दुसऱ्या टोकाला आहे. श्रोत्याला ठोका मोठा ऐकू येतो, पण खोलीच्या पलीकडच्या मित्राला क्वचितच. ध्वनी कशातून प्रवास करून पोहोचला?
ध्वनी स्रोतापासून श्रोत्यापर्यंत माध्यमातून प्रवास करतो, आणि माध्यम घन, द्रव किंवा वायू असू शकते. पदार्थ नसलेली जागा म्हणजे निर्वात. घंटा-पात्राच्या प्रयोगात बंद पात्रातून हवा उपसली जाते तेव्हा आतली विद्युत घंटा वाजतच राहते, पण आवाज क्षीण होत जातो आणि शेवटी ऐकू येत नाही, तरी घंटा कंपित होताना दिसते. हवा परत सोडली की आवाज परत येतो. यावरून ध्वनी निर्वातातून प्रवास करू शकत नाही. प्रकाशाला माध्यम लागत नाही, म्हणून सूर्यप्रकाश पृथ्वीवर पोहोचतो पण सूर्याकडून ध्वनी येत नाही. अवकाशातील अंतराळवीर आपल्या पोशाखातील साधनांनी संवाद साधतात.
आकृतीत : ध्वनी कानापर्यंत फक्त माध्यमातून पोहोचतो.
नियम 1 : ध्वनीला पदार्थमय माध्यम लागते — तो घन, द्रव किंवा वायूतून जाऊ शकतो, पण निर्वातातून नाही.
- सोपे : पोलादी नळीवरचा ठोका दुसऱ्या टोकाला धातूतून ऐकू येतो.
- मध्यम : पाण्याखाली आपटलेले दोन दगड पाणबुड्याला पाण्यातून ऐकू येतात.
- परीक्षेसाठी : शाळेच्या घंटेचा आवाज हवेतून तुमच्या कानापर्यंत येतो.
नियम 2 : माध्यम कमी तर ध्वनी क्षीण — माध्यमाचे प्रमाण कमी झाले की ध्वनी दुबळा होतो, आणि माध्यम नसेल तर तो श्रोत्यापर्यंत पोहोचत नाही.
- सोपे : घंटा-पात्रातून हवा उपसली की घंटेचा आवाज क्षीण होतो.
- मध्यम : हवा परत सोडली की आवाज परत येतो.
- परीक्षेसाठी : चंद्रावरील दोन अंतराळवीर साधनांशिवाय एकमेकांना ऐकू शकत नाहीत.
ध्वनीला पदार्थमय माध्यम लागते, आणि तो निर्वातातून प्रवास करू शकत नाही.
घंटा-पात्राच्या प्रयोगात घंटा वाजणे थांबते असे समजणे. ती अजूनही कंपित होते, पण तिचा ध्वनी वाहून नेणारे माध्यम नसते.
आठवणीची युक्ती : माध्यम नाही तर निरोप नाही — ध्वनी रिकाम्या जागेला घाबरतो!
फरक ओळखा
| माध्यम | प्रकार | ध्वनी जातो का? |
|---|---|---|
| पोलादी रूळ | घन | होय |
| पाणी | द्रव | होय |
| निर्वात | पदार्थ नाही | नाही |
सरावासाठी प्रश्न
- 1ज्या पदार्थातून ध्वनी प्रवास करतो त्याला काय म्हणतात?
- 2निर्वात म्हणजे काय?
- 3घंटा-पात्रातून हवा उपसली की ध्वनीचे काय होते?
- 4घंटा कंपित होताना दिसते पण तिचा आवाज का ऐकू येत नाही?
- 5सूर्य दिसतो पण त्याचा आवाज का ऐकू येत नाही?
- 6अवकाश-फेरीत अंतराळवीर एकमेकांशी कसे बोलतात?
- 7विधान : ध्वनी निर्वातातून जाऊ शकत नाही. कारण : ध्वनीला माध्यम लागते. ठरवा आणि स्पष्ट करा.
- 8एक मुलगा लांब धातूच्या कुंपणाला कान लावतो आणि मित्र दुसऱ्या टोकाला ठोकतो. माध्यम आणि पदार्थाची अवस्था सांगा.
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1माध्यम.
- 2पदार्थ नसलेली जागा.
- 3तो क्षीण होतो आणि शेवटी ऐकू येत नाही.
- 4रिकाम्या पात्रातून प्रकाश डोळ्यापर्यंत येतो, पण ध्वनीला कानापर्यंत नेण्यासाठी माध्यम लागते.
- 5प्रकाश अवकाशाच्या जवळजवळ निर्वातातून जातो, पण ध्वनी जाऊ शकत नाही.
- 6ते अवकाश-पोशाखात बसवलेली विशेष साधने वापरतात.
- 7दोन्ही सत्य आहेत आणि कारण विधानाचे स्पष्टीकरण आहे, कारण माध्यमाशिवाय ध्वनीला प्रवासासाठी काहीच नसते.
- 8कुंपणाचा धातू, जी घन अवस्था आहे.
ध्वनी तरंग : संपीडन आणि विरलन
लांब दोरी बाजूला हलवली की तिच्यावरून एक उंचवटा पुढे जातो, पण वेटोळ्याची स्प्रिंग ढकलली आणि ओढली की वेटोळ्यांचा गुच्छ पुढे जातो. यांपैकी कोणते ध्वनीसारखे आहे?
ध्वनी तरंग म्हणजे माध्यमातून पुढे जाणारी संपीडने आणि विरलने यांची मालिका. संपीडन म्हणजे असा भाग जिथे कण दाटून आलेले असतात आणि घनता सरासरीपेक्षा जास्त असते, आणि विरलन म्हणजे जिथे ते विरळ असतात आणि घनता कमी असते. कण तरंगासोबत प्रवास करत नाहीत; प्रत्येक कण तरंगाच्या दिशेला समांतर आपल्या मध्यमस्थानाभोवती कंपन पावतो, म्हणून ध्वनी हा अनुदैर्ध्य तरंग आहे. अनुप्रस्थ तरंगात कण प्रवासाच्या दिशेला काटकोनात कंपन पावतात, जसे प्रकाशात. ध्वनीला माध्यम लागते म्हणून तो यांत्रिक तरंग आहे. पिस्टन पुढे जाताना संपीडन आणि मागे येताना विरलन निर्माण करतो.
आकृतीत : ध्वनी हा अनुदैर्ध्य यांत्रिक तरंग आहे.
नियम 1 : ध्वनी तरंगात संपीडने आणि विरलने असतात — दाटलेल्या भागात घनता जास्त, विरळ भागात घनता कमी असते, आणि दोन्ही आलटून पालटून येतात.
- सोपे : पुढे सरकणारा पिस्टन संपीडन निर्माण करतो.
- मध्यम : मागे सरकणारा पिस्टन विरलन निर्माण करतो.
- परीक्षेसाठी : ढकलली-ओढलेली स्प्रिंग दाटलेली आणि विरळ वेटोळी दाखवते.
नियम 2 : कण कंपन पावतात पण प्रवास करत नाहीत — प्रत्येक कण तरंगाच्या दिशेने आपल्या स्थानाभोवती दोलन करतो, तर विक्षोभ आणि त्याची ऊर्जा पुढे जाते.
- सोपे : ध्वनी जाताना हवेतील धुळीचा कण फक्त मागे-पुढे हलतो.
- मध्यम : स्प्रिंगची वेटोळी स्प्रिंगच्या दिशेने दोलन करतात.
- परीक्षेसाठी : ध्वनी आपल्यापर्यंत ऊर्जा म्हणून येतो, स्रोतापासून सरकणारी हवा म्हणून नाही.
ध्वनी हा संपीडने आणि विरलने यांनी बनलेला अनुदैर्ध्य यांत्रिक तरंग आहे.
घंटेपासून कानापर्यंत हवेचे कण प्रवास करतात असे समजणे. फक्त विक्षोभ प्रवास करतो.
आठवणीची युक्ती : अनुदैर्ध्य = बरोबर लांब — कण वाटेच्या दिशेने हलतात!
फरक ओळखा
| तरंग | कणांची हालचाल | उदाहरण |
|---|---|---|
| अनुदैर्ध्य | तरंगाच्या दिशेने | ध्वनी |
| अनुप्रस्थ | काटकोनात | प्रकाश |
| यांत्रिक | माध्यम लागते | ध्वनी |
सरावासाठी प्रश्न
- 1ध्वनी तरंगातील जास्त घनतेच्या भागाला काय म्हणतात?
- 2कमी घनतेच्या भागाला काय म्हणतात?
- 3ध्वनी अनुदैर्ध्य आहे की अनुप्रस्थ तरंग?
- 4ध्वनीला यांत्रिक तरंग का म्हणतात?
- 5ध्वनी तरंग जवळून जाताना धुळीचा कण काय करतो?
- 6प्रकाश ध्वनीपेक्षा कसा वेगळा आहे?
- 7एका विद्यार्थ्याने दोरी वर-खाली हलवली आणि तिच्यावरून तरंग पुढे गेला. तो अनुदैर्ध्य की अनुप्रस्थ, आणि का?
- 8विधान : हवेचे कण स्रोतापासून कानापर्यंत जातात. कारण : ध्वनी हा तरंग आहे. ठरवा आणि दुरुस्त करा.
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1संपीडन.
- 2विरलन.
- 3अनुदैर्ध्य.
- 4त्याला प्रवासासाठी पदार्थमय माध्यम लागते.
- 5तो आपल्या जागेभोवती मागे-पुढे कंपन पावतो.
- 6प्रकाश हा अनुप्रस्थ तरंग आहे आणि त्याला माध्यम लागत नाही.
- 7अनुप्रस्थ, कारण दोरी वर-खाली हलते, म्हणजे तरंगाच्या दिशेला काटकोनात.
- 8विधान असत्य आहे, कारण कण फक्त आपल्या जागेभोवती कंपन पावतात आणि विक्षोभ व त्याची ऊर्जा कानापर्यंत जाते.
तरंगलांबी, वारंवारता आणि आवर्तकाळ
सतारीची एक तार हळू छेडली आणि दुसरी जलद छेडली तर आवाज वेगळे येतात, तरी दोन्ही एकाच खोलीत ऐकू येतात. त्यांना वेगळे करणारी कोणती मोजता येणारी राशी आहे?
तरंगाचे वर्णन काही मोजता येणाऱ्या राशींनी करता येते. दोन लगतच्या शीर्षांमधील किंवा दोन लगतच्या गर्तांमधील अंतर म्हणजे तरंगलांबी, जी मीटरमध्ये मोजतात. एका निश्चित बिंदूवर एका सेकंदातील घनतेच्या दोलनांची संख्या म्हणजे वारंवारता ν, जी हर्ट्झ मध्ये मोजतात; 1 Hz म्हणजे प्रति सेकंद 1 दोलन. एका पूर्ण दोलनाला लागणारा काळ म्हणजे आवर्तकाळ T, जो सेकंदात मोजतात. दोघांचा व्यस्त संबंध ν = 1 / T असा आहे. घनता-आलेखावर सर्वोच्च बिंदू म्हणजे शीर्ष, जे संपीडन दर्शवते, आणि सर्वात खालचा बिंदू म्हणजे गर्त, जो विरलन दर्शवतो. एकाच वारंवारतेच्या शुद्ध ध्वनीला स्वर (टोन) म्हणतात.
आकृतीत : वारंवारता ही आवर्तकाळाचा व्यस्त असते.
तरंगलांबी, वारंवारता आणि आवर्तकाळ
ॲपमध्ये ही आकृती हाताने हलवून बघता येते.
ॲपमध्ये उघडानियम 1 : वारंवारता आणि आवर्तकाळ एकमेकांचे व्यस्त — हर्ट्झमधील वारंवारता म्हणजे एक भागिले सेकंदातील आवर्तकाळ.
- सोपे : 0.02 s आवर्तकाळाच्या तरंगाची वारंवारता 50 Hz असते.
- मध्यम : 4 Hz वारंवारतेच्या तरंगाचा आवर्तकाळ 0.25 s असतो.
- परीक्षेसाठी : 3 s मध्ये 24 दोलने म्हणजे वारंवारता 8 Hz.
नियम 2 : तरंगलांबी शीर्ष ते शीर्ष मोजतात — दोन लगतची शीर्षे किंवा दोन लगतचे गर्त एक तरंगलांबीवर असतात, आणि शीर्ष व पुढचा गर्त अर्ध्या तरंगलांबीवर असतात.
- सोपे : 3 cm आणि 7 cm वर शीर्षे असतील तर तरंगलांबी 4 cm.
- मध्यम : लगतचे गर्त 1.2 m अंतरावर असतील तर तरंगलांबी 1.2 m.
- परीक्षेसाठी : शीर्ष 0 cm वर आणि गर्त 3 cm वर असेल तर तरंगलांबी 6 cm.
वारंवारता ν = 1 / T असते, आणि तरंगलांबी म्हणजे लगतच्या शीर्षांमधील अंतर.
आलेख वाचताना शीर्षापासून पुढच्या गर्तापर्यंतचे अंतर पूर्ण तरंगलांबी म्हणणे. ते फक्त अर्धे असते.
आठवणीची युक्ती : जलद तरंग, लहान आवर्तकाळ — वारंवारता आणि आवर्तकाळ उलटे!
फरक ओळखा
| राशी | एकक | संबंध |
|---|---|---|
| तरंगलांबी | मीटर | शीर्ष ते शीर्ष |
| वारंवारता | हर्ट्झ | ν = 1 / T |
| आवर्तकाळ | सेकंद | T = 1 / ν |
सरावासाठी प्रश्न
- 1वारंवारतेचे SI एकक कोणते?
- 2वारंवारता आणि आवर्तकाळ यांमधील संबंध कोणता?
- 3दोन लगतच्या शीर्षांमधील अंतराला काय म्हणतात?
- 4एक स्रोत सेकंदाला 40 वेळा दोलन करतो. 5 s मध्ये तो किती दोलने करतो?
- 550 Hz च्या तरंगाचा आवर्तकाळ किती?
- 6कमी आवर्तकाळ म्हणजे जास्त वारंवारता असे का?
- 7एका विद्यार्थ्याला 4 s मध्ये एका बिंदूतून 36 संपीडने जाताना दिसतात. वारंवारता आणि आवर्तकाळ काढा.
- 8घनता-आलेखावर एक शीर्ष 2 cm वर आणि पुढचे शीर्ष 8 cm वर आहे. तरंगलांबी आणि पुढच्या गर्तापर्यंतचे अंतर काढा.
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1हर्ट्झ.
- 2ν = 1 / T.
- 3तरंगलांबी.
- 440 × 5 = 200 दोलने.
- 5T = 1 / 50 = 0.02 s.
- 6कारण वारंवारता आवर्तकाळाची व्यस्त असते, म्हणून कमी आवर्तकाळात प्रति सेकंद जास्त दोलने होतात.
- 7वारंवारता 36 ÷ 4 = 9 Hz, आणि आवर्तकाळ 1 ÷ 9 ≈ 0.11 s.
- 8तरंगलांबी 8 − 2 = 6 cm, आणि पुढच्या गर्तापर्यंतचे अंतर त्याचे अर्धे, म्हणजे 3 cm.
ध्वनीची ऊर्जा, आयाम आणि तीव्रता
मैदानाच्या पलीकडच्या टोकाला केलेली आरोळी तुमच्याजवळ स्पष्ट ऐकू येते, पण कुजबुज येत नाही. दोन्ही तेवढेच अंतर कापतात, मग फरक कशात आहे?
कंपित स्रोत माध्यमाला ऊर्जा देतो, आणि ध्वनी तरंग कणांना नव्हे तर तीच ऊर्जा एका ठिकाणाहून दुसरीकडे वाहून नेतो. सरासरी घनतेपासून घनतेतील कमाल बदल म्हणजे आयाम. जास्त आयाम जास्त ऊर्जा वाहून नेतो आणि जास्त प्रबल ऐकू येतो. एका सेकंदात एकक क्षेत्रफळातून जाणाऱ्या ध्वनी ऊर्जेचे प्रमाण म्हणजे तीव्रता. अंतराबरोबर तीव्रता कमी होते कारण तीच ऊर्जा मोठ्या क्षेत्रफळावर पसरते. मायक्रोफोन ध्वनीचे विद्युत संकेतात रूपांतर करतो, आणि ध्वनिक्षेपक विद्युत संकेताचे ध्वनीत. श्रवणयंत्रात मायक्रोफोन, प्रवर्धक आणि स्पीकर असतात.
आकृतीत : जास्त आयाम जास्त ऊर्जा वाहून नेतो.
नियम 1 : जास्त आयाम म्हणजे जास्त ऊर्जा — जोरात आघात केला की आयाम जास्त, ऊर्जा जास्त आणि ध्वनी जास्त प्रबल होतो.
- सोपे : पत्र्यावर जोरात आघात केला की पडद्यावरील दाणे जास्त उंच उडतात.
- मध्यम : आरोळी कुजबुजीपेक्षा मोठी असते.
- परीक्षेसाठी : जोरात वाजवलेला ढोल जास्त मोठा वाजतो.
नियम 2 : अंतर वाढले की तीव्रता कमी होते — तीच ऊर्जा मोठ्या क्षेत्रफळावर पसरते, म्हणून प्रत्येक एकक क्षेत्रफळाला कमी मिळते.
- सोपे : 10 m वरचा ध्वनी 5 m वरच्या ध्वनीपेक्षा दुबळा असतो.
- मध्यम : दूरचा वाद्यवृंद क्षीण ऐकू येतो.
- परीक्षेसाठी : मोठ्या आयामाचा ध्वनी विरून जाण्यापूर्वी जास्त अंतर जातो.
ध्वनी तरंग ऊर्जा वाहून नेतो, आणि जास्त आयाम तिचे जास्त प्रमाण वाहून नेतो.
ध्वनी क्षीण झाला की ऊर्जा नष्ट होते असे समजणे. ती फक्त मोठ्या क्षेत्रफळावर पसरते.
आठवणीची युक्ती : मोठा आयाम, मोठी ऊर्जा — उंच शीर्ष म्हणजे जोरदार आवाज!
फरक ओळखा
| राशी | अर्थ | परिणाम |
|---|---|---|
| आयाम | घनतेतील कमाल बदल | जास्त तर जोरात |
| तीव्रता | प्रति क्षेत्रफळ प्रति सेकंद ऊर्जा | अंतराबरोबर कमी |
| मायक्रोफोन | ध्वनी ते संकेत | श्रवणयंत्रात वापर |
सरावासाठी प्रश्न
- 1मायक्रोफोन ध्वनीचे कशात रूपांतर करतो?
- 2सरासरी घनतेपासून घनतेतील कमाल बदलाला काय म्हणतात?
- 3ध्वनिक्षेपक कशाचे रूपांतर करतो?
- 4पडद्याजवळ ध्वनी केला की त्यावरचे दाणे का उडतात?
- 5अंतराबरोबर ध्वनीची तीव्रता का कमी होते?
- 6श्रवणयंत्रात कोणते तीन भाग असतात?
- 7एकाच माध्यमात ध्वनी अ चा आयाम ध्वनी ब च्या दुप्पट आहे. त्यांच्या ऊर्जेची तुलना करा आणि प्रत्येक कसा ऐकू येतो ते सांगा.
- 8एक बिंदू-स्रोत सर्व दिशांना समान ध्वनी पाठवतो. 5 m आणि 10 m वरील तीव्रतेची तुलना करा.
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1विद्युत संकेतात.
- 2आयाम.
- 3विद्युत संकेताचे ध्वनीत.
- 4ध्वनीमुळे हवा आणि मग पडदा कंपित होतो, आणि पडदा दाणे हलवतो.
- 5तीच ऊर्जा मोठ्या क्षेत्रफळावर पसरते.
- 6मायक्रोफोन, प्रवर्धक आणि स्पीकर.
- 7ध्वनी अ जास्त ऊर्जा वाहून नेतो आणि ब पेक्षा जास्त प्रबल ऐकू येतो.
- 810 m वर तीव्रता कमी असते, कारण तीच ऊर्जा मोठ्या क्षेत्रफळावर पसरते.
ध्वनीचा वेग
वादळात तुम्ही वीज चमकताना पाहता आणि मग गर्जना पोहोचण्यापूर्वी काही सेकंद मोजता. या विलंबावरून काय समजते?
ध्वनीचा वेग म्हणजे तरंगावरील एका बिंदूने, जसे शीर्षाने, एका सेकंदात कापलेले अंतर. कोणत्याही तरंगासाठी v = λ × ν. ध्वनी घनात सर्वात वेगवान, द्रवात त्याहून हळू आणि वायूत सर्वात हळू प्रवास करतो. कोरड्या हवेत तो 0 °C ला सुमारे 331 m/s आणि 22 °C ला सुमारे 344 m/s असतो, म्हणजे तापमान वाढले की वेग वाढतो, तसेच आर्द्रतेनेही. बहुतेक माध्यमांत वेग माध्यमावर अवलंबून असतो, वारंवारतेवर नाही, म्हणून वारंवारता वाढली की तरंगलांबी कमी होते. समुद्राच्या पाण्यात ध्वनी सुमारे 1500 m/s आणि पोलादात सुमारे 5000 m/s जातो. प्रकाश ध्वनीपेक्षा खूप वेगवान आहे, म्हणून वीज आधी दिसते आणि गर्जना नंतर ऐकू येते.
आकृतीत : ध्वनी घनात सर्वात वेगवान आणि वायूत सर्वात हळू असतो.
नियम 1 : v = λ × ν — वेग म्हणजे तरंगलांबी गुणिले वारंवारता, म्हणून कोणतीही एक राशी इतर दोघांवरून काढता येते.
- सोपे : तरंगलांबी 2 m आणि वारंवारता 170 Hz असेल तर वेग 340 m/s.
- मध्यम : 340 m/s आणि 85 Hz असतील तर तरंगलांबी 4 m.
- परीक्षेसाठी : पाण्यात 1500 m/s आणि 300 Hz असतील तर तरंगलांबी 5 m.
नियम 2 : वेग माध्यमावर अवलंबून — घन द्रवापेक्षा वेगवान, द्रव वायूपेक्षा वेगवान, आणि उबदार हवा थंड हवेपेक्षा वेगवान.
- सोपे : पोलादातील 5000 m/s हवेतील 340 m/s पेक्षा कितीतरी वेगवान आहे.
- मध्यम : 22 °C ला ध्वनी 0 °C पेक्षा किंचित वेगवान असतो.
- परीक्षेसाठी : दिलेल्या माध्यमात स्रोताची वारंवारता बदलली तरी वेग बदलत नाही.
ध्वनीचा वेग v = λ × ν असतो, घनात सर्वात जास्त आणि वायूत सर्वात कमी.
जास्त वारंवारतेमुळे ध्वनी जास्त वेगाने जातो असे समजणे. त्यामुळे तरंगलांबी कमी होते, वेग नाही.
आठवणीची युक्ती : घन जलद, वायू हळू — जवळचे कण विक्षोभ झटकन पुढे देतात!
फरक ओळखा
| माध्यम | अंदाजे वेग | क्रम |
|---|---|---|
| हवा (22 °C) | 344 m/s | सर्वात हळू |
| समुद्राचे पाणी | 1500 m/s | जास्त वेगवान |
| पोलाद | 5000 m/s | सर्वात वेगवान |
सरावासाठी प्रश्न
- 1तरंगाच्या वेगाचे सूत्र कोणते?
- 2ध्वनी कोणत्या प्रकारच्या माध्यमात सर्वात वेगवान असतो?
- 322 °C ला कोरड्या हवेतील ध्वनीचा वेग किती?
- 4वीज आधी का दिसते आणि गर्जना नंतर का ऐकू येते?
- 5स्थिर वेगाने वारंवारता वाढली तर तरंगलांबीचे काय होते?
- 6ध्वनी वायूपेक्षा घनात वेगवान का जातो?
- 71000 Hz चा सूर हवेत 340 m/s वेगाने जातो. त्याची तरंगलांबी काढा आणि तो पाण्यात गेला तर काय बदलते ते सांगा.
- 8वीज चमकल्यानंतर 3 s नंतर गर्जना ऐकू येते. 340 m/s धरून वादळाचे अंतर काढा.
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1v = λ × ν.
- 2घनात.
- 3सुमारे 344 m/s.
- 4ध्वनी प्रकाशापेक्षा खूप हळू जातो, म्हणून चमक आधी पोहोचते.
- 5तरंगलांबी कमी होते, कारण v = λ × ν.
- 6घनाचे कण जवळ असतात, म्हणून विक्षोभ झटकन पुढे जातो.
- 7तरंगलांबी 340 ÷ 1000 = 0.34 m, आणि पाण्यात गेल्यावर वेग आणि तरंगलांबी बदलतात पण वारंवारता तीच राहते.
- 8अंतर = 340 × 3 = 1020 m.
तारत्व, प्रबलता आणि श्राव्य कक्षा
शिट्टी आणि ढोल सारखेच मोठ्याने वाजू शकतात, तरी एक कर्कश आणि दुसरा गंभीर वाटतो. तरंगाचा कोणता गुण फरक करतो?
तारत्व म्हणजे कानाला जाणवणारी वारंवारता, म्हणून जास्त वारंवारतेचा ध्वनी कर्कश आणि कमी वारंवारतेचा ध्वनी गंभीर असतो. प्रबलता आयामावर अवलंबून असते आणि डेसिबल मध्ये, म्हणजे dB मध्ये मोजतात. मानवाची श्राव्य कक्षा सुमारे 20 Hz ते 20 kHz असते. 20 Hz पेक्षा कमी तरंग अवश्राव्य असतात, जे हत्तींना जाणवतात, आणि 20 kHz पेक्षा जास्त तरंग पराश्राव्य असतात, जे कुत्री, वटवाघळे आणि डॉल्फिन ऐकतात. नको असलेला ध्वनी म्हणजे गोंगाट. कर्णपटल कंपित होते आणि कर्णावर्त कंपनांचे मेंदूसाठी संकेतांत रूपांतर करते. दोन वाद्ये समान सूर समान प्रबलतेने वाजवली तरी ध्वनिगुणवत्तेमुळे वेगळी ऐकू येतात. सप्तक म्हणजे दुप्पट वारंवारतेचा सूर.
आकृतीत : तारत्व वारंवारतेप्रमाणे आणि प्रबलता आयामाप्रमाणे असते.
तारत्व, प्रबलता आणि श्राव्य कक्षा
ॲपमध्ये ही आकृती हाताने हलवून बघता येते.
ॲपमध्ये उघडानियम 1 : तारत्व वारंवारतेप्रमाणे — जास्त वारंवारता उंच तारत्वाची आणि कमी वारंवारता गंभीर तारत्वाची ऐकू येते.
- सोपे : भोंग्याचे तारत्व उच्च असते.
- मध्यम : मेघगर्जनेचे तारत्व कमी असते.
- परीक्षेसाठी : 300 Hz च्या वरच्या सप्तकातील सूर 600 Hz वर असतो.
नियम 2 : प्रबलता आयामाप्रमाणे — जास्त आयाम जास्त प्रबल ऐकू येतो आणि पातळी डेसिबलमध्ये मोजतात.
- सोपे : सामान्य संभाषण सुमारे 60 dB असते.
- मध्यम : फटाका 100 dB पेक्षा जास्त असतो आणि श्रवणाला हानिकारक ठरू शकतो.
- परीक्षेसाठी : ध्वनिप्रदूषणाचा झोपेवर आणि आरोग्यावर परिणाम होतो.
तारत्व वारंवारतेवर, प्रबलता आयामावर अवलंबून असते, आणि मानवाला 20 Hz ते 20 kHz ऐकू येते.
तारत्व आणि प्रबलता यांची गल्लत करणे. कर्कश ध्वनी मोठाच असायला हवा असे नाही, आणि गंभीर ध्वनीही खूप मोठा असू शकतो.
आठवणीची युक्ती : तारत्व = वारंवारता, प्रबलता = आयाम — दोन जोड्या लक्षात ठेवा!
फरक ओळखा
| ध्वनी | वारंवारता | मानवाला ऐकू येतो का? |
|---|---|---|
| 15 Hz | अवश्राव्य | नाही |
| 440 Hz | श्राव्य | होय |
| 30 kHz | पराश्राव्य | नाही |
सरावासाठी प्रश्न
- 1मानवी श्रवणाची श्राव्य कक्षा किती?
- 2प्रबलता कोणत्या एककात मोजतात?
- 320 kHz पेक्षा जास्त तरंगांना काय म्हणतात?
- 4पौगंडावस्थेत मुलाचा आवाज भारदस्त का होतो?
- 5कुत्र्याला माणसाला न ऐकू येणारी शिट्टी का ऐकू येते?
- 6दोन कान आपल्याला कसे उपयोगी पडतात?
- 7एका कुत्र्याची शिट्टी 30 kHz चा ध्वनी करते. माणूस आणि कुत्रा ती ऐकू शकतील का ते कारणांसह ठरवा.
- 8दोन वाद्ये समान सूर समान प्रबलतेने वाजवतात तरी वेगळी ऐकू येतात. तो गुण आणि त्याचे कारण सांगा.
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1सुमारे 20 Hz ते 20 kHz.
- 2डेसिबल.
- 3पराश्राव्य तरंग.
- 4त्याचे स्वरतंतू लांब आणि जाड होतात, म्हणून ते कमी वेळा कंपित होतात आणि वारंवारता कमी होते.
- 5शिट्टी 20 kHz पेक्षा जास्त आहे, जी कुत्रा ओळखू शकतो पण माणूस नाही.
- 6दोन्ही कानांतील अतिशय लहान वेळेच्या फरकावरून त्या ध्वनीची दिशा समजते.
- 7माणसाला ती ऐकू येत नाही आणि कुत्र्याला येते, कारण ती 20 kHz पेक्षा जास्त आहे आणि कुत्री पराश्राव्य ध्वनी ओळखतात.
- 8ध्वनिगुणवत्ता, जी प्रत्येक वाद्याचा आकार, पदार्थ आणि अधिस्वर यांमुळे येते.
ध्वनीचे परावर्तन, प्रतिध्वनी आणि उपयोग
रिकाम्या सभागृहात ओरडलात तर तुमचा आवाज पुन्हा ऐकू येतो, पण वर्गात नाही. पुनरावृत्ती ऐकू येण्याचे काय ठरवते?
ध्वनी कठीण पृष्ठभागावर आदळला की परत येतो, हेच ध्वनीचे परावर्तन, आणि आपतन कोन परावर्तन कोनाइतका असतो. परावर्तनानंतर ऐकू येणाऱ्या ध्वनीच्या पुनरावृत्तीला प्रतिध्वनी म्हणतात. कान ध्वनी सुमारे 0.1 s टिकवतो, म्हणून परावर्तित ध्वनी किमान 0.1 s नंतर परत आला पाहिजे, त्यासाठी वेग 340 m/s असताना पृष्ठभाग सुमारे 17 m अंतरावर हवा. वारंवार परावर्तनाने ध्वनी टिकून राहणे म्हणजे अनुरणन, जे मऊ पदार्थ कमी करतात. पराश्राव्य ध्वनी वैद्यकीय तपासणी, स्वच्छता आणि भेगा शोधण्यासाठी वापरतात. वटवाघळे आणि डॉल्फिन प्रतिध्वनी-स्थाननिर्धारणाने मार्ग शोधतात, आणि जहाजे खोली शोधण्यासाठी सोनार वापरतात, जिथे अंतर म्हणजे वेग × वेळ यांचे निम्मे.
आकृतीत : प्रतिध्वनीसाठी परावर्तक किमान 17 m अंतरावर हवा.
नियम 1 : प्रतिध्वनीचे अंतर म्हणजे वेग × वेळ यांचे निम्मे — ध्वनी पृष्ठभागापर्यंत जातो आणि परत येतो, म्हणून एकेरी अंतर एकूण अंतराचे निम्मे असते.
- सोपे : 340 m/s वर 3 s नंतर कड्याचा प्रतिध्वनी म्हणजे 510 m.
- मध्यम : 1500 m/s वर 4 s नंतर सोनारचा प्रतिध्वनी म्हणजे खोली 3000 m.
- परीक्षेसाठी : 1500 m/s वर 0.02 s नंतर डॉल्फिनचा प्रतिध्वनी म्हणजे 15 m.
नियम 2 : स्पष्ट प्रतिध्वनीला किमान 0.1 s हवा — परावर्तित ध्वनी लवकर परत आला तर तो मूळ ध्वनीत मिसळतो आणि वेगळा प्रतिध्वनी ऐकू येत नाही.
- सोपे : 85 m वरची भिंत टाळीचा आवाज 0.5 s नंतर परत देते.
- मध्यम : 12 m वरची भिंत तो सुमारे 0.07 s मध्ये परत देते, म्हणून प्रतिध्वनी नाही.
- परीक्षेसाठी : सभागृहातील पडदे आणि गालिचे अनुरणन कमी करतात.
प्रतिध्वनीचे अंतर = वेग × वेळ ÷ 2 असते, आणि स्पष्ट प्रतिध्वनीला किमान 0.1 s हवा.
संपूर्ण प्रवासाचा वेळ एकेरी वेळ म्हणून वापरणे. ध्वनी जाऊन येतो, म्हणून 2 ने भागावे.
आठवणीची युक्ती : प्रतिध्वनी = जाऊन येणे — प्रवास निम्मा करा!
फरक ओळखा
| उपयोग | तरंग | तत्त्व |
|---|---|---|
| वैद्यकीय तपासणी | पराश्राव्य | ऊतींवरून परावर्तन |
| सोनार | पराश्राव्य | समुद्रतळावरून प्रतिध्वनी |
| वटवाघळाचे उडणे | पराश्राव्य | प्रतिध्वनी-स्थाननिर्धारण |
सरावासाठी प्रश्न
- 1परावर्तनानंतर ऐकू येणाऱ्या ध्वनीच्या पुनरावृत्तीला काय म्हणतात?
- 2सोनार (SONAR) चा विस्तारित अर्थ काय?
- 3स्पष्ट प्रतिध्वनीसाठी किमान किती वेळेचे अंतर हवे?
- 4लहान खोलीत प्रतिध्वनी का ऐकू येत नाही?
- 5प्रतिमा काढण्यासाठी पराश्राव्य ध्वनी का पसंत करतात?
- 6सभागृहात मऊ पडदे कशी मदत करतात?
- 7एका मुलाला ओरडल्यावर 3 s नंतर प्रतिध्वनी ऐकू येतो. ध्वनी 340 m/s वेगाने जात असेल तर कडा किती अंतरावर आहे?
- 8जहाजाच्या सोनारला स्पंद पाठवल्यानंतर 4 s ने प्रतिध्वनी मिळतो. पाण्यात 1500 m/s धरून खोली काढा.
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1प्रतिध्वनी.
- 2Sound Navigation And Ranging.
- 3सुमारे 0.1 s.
- 4परावर्तित ध्वनी 0.1 s पेक्षा कमी वेळात परत येतो आणि मूळ ध्वनीत मिसळतो.
- 5त्याची तरंगलांबी लहान असते आणि तो अरुंद झोतात जातो, म्हणून तपशील स्पष्ट मिळतो.
- 6ते ध्वनी शोषतात आणि अनुरणन कमी करतात.
- 7अंतर = 340 × 3 ÷ 2 = 510 m.
- 8खोली = 1500 × 4 ÷ 2 = 3000 m.