SSC और रेलवे परीक्षा के लिए भौतिकी के “ध्वनि” का नोट्स : यहाँ देखें ध्वनि से जुड़ी सभी जानकारियाँ

प्रिय पाठकों, परीक्षा की तैयारी के समय GA सेक्शन को अक्सर हल्के में लिया जाता है लेकिन कट-ऑफ अंक को पार करने के लिए आवश्यक अंक प्राप्त करने में यह महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इसी को ध्यान में रखकर हम इसके लिए महत्वपूर्ण प्रश्न प्रदान कर रहे हैं, यदि आप सामान्य ज्ञान के महत्वपूर्ण प्रश्नों के संबंध में HINDI SSCADDA वेबसाइट और Adda247 ऐप पर दिए गए कंटेंट को डेली पढ़ते हैं तो यह आपको GA सेक्शन में अच्छा स्कोर करने में मदद करेगा।

ध्वनि अर्थात् SOUND

किसी माध्यम में ध्वनि की गति निम्नलिखित पर निर्भर करती है:

  • उस माध्यम का तापमान।
  • उस माध्यम का दाब।
  • जब हम ठोस से गैसीय अवस्था में जाते हैं तो ध्वनि की गति कम हो जाती है।
  • किसी भी माध्यम में, जैसे-जैसे हम तापमान बढ़ाते हैं, ध्वनि की गति बढ़ती जाती है।
  • किसी गैस में ध्वनि का वेग गैस के घनत्व के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
  • ध्वनि यांत्रिक ऊर्जा है जो सुनने की अनुभूति पैदा करती है। विभिन्न वस्तुओं के कंपन के कारण ध्वनि उत्पन्न होती है।
  • ध्वनि तरंग किसी माध्यम में संपीडन और विरलन के रूप में फैलती है। ध्वनि तरंगें अनुदैर्ध्य तरंगें हैं।

ध्वनि की उत्पति: ध्वनि की उत्पति वस्तुओं के कंपन से होती है। कंपन का अर्थ है किसी वस्तु की एक प्रकार की तीव्र गति से और इधर-उधर गति करना। मनुष्य की आवाज की ध्वनि स्वरतंत्री(वोकल कॉर्ड्स) में कंपन के कारण उत्पन्न होती है।

ध्वनि का प्रसार: वह वस्तु या पदार्थ जिससे ध्वनि का संचार होता है, माध्यम कहलाता है। यह ठोस, तरल या गैस हो सकता है। ध्वनि स्रोत से एक माध्यम से श्रोता तक जाती है। ध्वनि तरंगें माध्यम के दाब और घनत्व में भिन्नता के कारण उत्पन्न होती हैं।


तरंगों के प्रकार(TYPES OF WAVES):-

प्रसार की दिशा के आधार पर तरंगों को 2 प्रकारों में विभाजित किया जाता है:

अनुदैर्ध्य तरंगें: इन तरंगों में, माध्यम के कण विक्षोभ के प्रसार की दिशा के समानांतर दिशा में चलते हैं। कण एक स्थान से दूसरे स्थान पर गति नहीं करते हैं, लेकिन वे बस अपनी विराम स्थिति के आगे-पीछे दोलन करते हैं। उदा. ध्वनि तरंगे।

अनुप्रस्थ तरंगें: इन तरंगों में, कण तरंग प्रसार की रेखा के साथ दोलन नहीं करते हैं, लेकिन तरंग की यात्रा के दौरान अपनी औसत स्थिति के ऊपर और नीचे दोलन करते हैं। उदा. प्रकाश एक अनुप्रस्थ तरंग है।

ध्वनि तरंग की विशेषता और इससे संबंधित शब्द(CHARACTERISTICS OF A SOUND WAVE AND RELATED TERMS)

 

• संपीड़न (C): ये उच्च दाब और घनत्व के क्षेत्र हैं जहां कण एकत्र होते है और वक्र के ऊपरी भाग या शीर्ष द्वारा दर्शायी जाती है जिसे क्रेस्ट(crest) कहा जाता है।
• विरलन(R): ये कम दाब और घनत्व के क्षेत्र हैं जहां कण फैले हुए होते हैं और इन्हें वक्र के निचले हिस्से द्वारा दर्शाया जाता हैं जिन्हें ट्रफ या वैली(troughs or valleys) कहा जाता है।
• आयाम(Amplitude): माध्य मान के दोनों ओर माध्यम में अधिकतम विक्षोभ का परिमाण तरंग का आयाम कहलाता है। यह आमतौर पर A द्वारा दर्शाया जाता है। ध्वनि के लिए, इसकी इकाई वहीं होगी जो घनत्व या दाब की होगी।

• दोलन: यह घनत्व (या दाब) में अधिकतम मान से न्यूनतम मान और फिर से अधिकतम मान में परिवर्तन है।
• आवृत्ति: प्रति इकाई समय में एक तरंग के दोलनों की संख्या ध्वनि तरंग की आवृत्ति होती है। यह आमतौर पर (ग्रीक अक्षर, nu) द्वारा दर्शाया जाता है। इसका SI मात्रक हर्ट्ज़ (प्रतीक, Hz) है।

  • कंपन का आयाम जितना बड़ा होगा, ध्वनि उतनी ही तेज होगी।
  • कंपन की आवृत्ति जितनी अधिक होती है, पिच उतनी ही अधिक(pitch) होती है, और ध्वनि उतनी तेज होती है।

• आवर्त काल: दो क्रमागत संपीडनों या विरलन गुटों द्वारा एक निश्चित बिंदु को पार करने में लगने वाले समय को तरंग का आवर्त काल कहते हैं। इसे प्रतीक T द्वारा निरूपित किया जाता है। इसकी SI इकाई दूसरी (s) है।
आवर्त काल = 1/ आवृति
• तरंगदैर्घ्य: यह दो क्रमागत संपीडनों या दो क्रमागत विरलनों के बीच की दूरी है। तरंग दैर्ध्य को आमतौर पर λ (ग्रीक अक्षर लैम्ब्डा) द्वारा दर्शाया जाता है। इसका SI मात्रक मीटर (m) है
• ध्वनि की गति: इसे उस दूरी के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसे एक तरंग इकाई समय में तय करता है।
गति = तरंग दैर्ध्य × आवृत्ति

उदाहरण: एक ध्वनि तरंग की आवृत्ति 2 kHz और तरंगदैर्घ्य 35 cm है। इसे 1.5 किमी की यात्रा करने में कितना समय लगेगा?
आवृत्ति, = 2 किलोहर्ट्ज़ = 2000 हर्ट्ज
तरंगदैर्घ्य, = 35 सेमी = 0.35 वर्ग मीटर
तरंग की गति = तरंगदैर्घ्य × आवृत्ति
v = λ ν = 0.35 m × 2000 Hz = 700 m/s
तरंग द्वारा 1.5 किमी की दूरी तय करने में लिया गया समय
1500/700 = 2.1 s
इस प्रकार, ध्वनि को 1.5 किमी की दूरी तय करने में 2.1 सेकंड का समय लगेगा।

ध्वनि सुनने की सीमा(Range of Hearing of sound): मनुष्यों के लिए ध्वनि की श्रव्य सीमा लगभग 20 हर्ट्ज से 20000 हर्ट्ज (एक हर्ट्ज = एक चक्र/सेकेंड) तक है।

  • 20 हर्ट्ज से कम आवृत्तियों की ध्वनि को इन्फ्रासोनिक ध्वनि या इन्फ्रासाउंड कहा जाता है। गैंडा(Rhinoceroses) 5 हर्ट्ज जितनी कम आवृत्ति को इन्फ्रासाउंड का उपयोग करके सुन सकता है। व्हेल और हाथी इन्फ्रासाउंड रेंज में ध्वनि उत्पन्न करते हैं।
  • 20 kHz से अधिक की आवृत्ति को अल्ट्रासोनिक ध्वनि या अल्ट्रासाउंड कहा जाता है। अल्ट्रासाउंड डॉल्फ़िन, चमगादड़ और पोर्पोइस द्वारा निर्मित होता है।

अल्ट्रासाउंड(ULTRASOUND):

अल्ट्रासाउंड उच्च-आवृत्ति तरंगें हैं। वे बाधाओं की उपस्थिति में भी अच्छी तरह से परिभाषित पथों के साथ यात्रा करने में सक्षम हैं। उद्योगों में और चिकित्सा प्रयोजनों के लिए अल्ट्रासाउंड का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

अल्ट्रासाउंड के अनुप्रयोग

  • धातु के ब्लॉकों में दरारें और खामियों का पता लगाने के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया जा सकता है। धातु के घटकों का उपयोग आमतौर पर इमारतों, पुलों, मशीनों और वैज्ञानिक उपकरणों जैसी बड़ी संरचनाओं के निर्माण में किया जाता है।
  • अल्ट्रासाउंड का उपयोग आमतौर पर दुर्गम स्थानों में स्थित भागों को साफ करने के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए, सर्पिल ट्यूब, विषम पार्ट्स, इलेक्ट्रॉनिक घटक, आदि।
  • अल्ट्रासोनिक तरंगें हृदय के विभिन्न भागों के परावर्तन को जानने और हृदय की छवि बनाने के लिए की जाती हैं। इस तकनीक को ‘इकोकार्डियोग्राफी’ कहा जाता है।
  • अल्ट्रासाउंड स्कैनर एक ऐसा उपकरण है जो मानव शरीर के आंतरिक अंगों की छवियों को प्राप्त करने के लिए अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग करता है। यह डॉक्टर को असामान्यताओं का पता लगाने में मदद करता है, जैसे कि पित्ताशय में पथरी और गुर्दे या विभिन्न अंगों में ट्यूमर। इस तकनीक को ‘अल्ट्रासोनोग्राफी’ कहा जाता है।
  • गुर्दे में बनने वाले छोटे ‘पत्थरों’ को बारीक कणों में तोड़ने के लिए अल्ट्रासाउंड का इस्तेमाल किया जा सकता है। ये दाने बाद में पेशाब के साथ बाहर निकल जाते हैं।

सोनार(SONAR):

SONAR का पूरा नाम Sound Navigation And Ranging है। सोनार एक उपकरण है जो पानी के नीचे की वस्तुओं की दूरी, दिशा और गति को मापने के लिए अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग करता है।

  • सोनार में एक ट्रांसमीटर और एक डिटेक्टर होता है और इसे नाव या जहाज में स्थापित किया जाता है। ट्रांसमीटर अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्पादन और प्रसारण करता है।
  • ये तरंगें पानी के माध्यम से यात्रा करती हैं और समुद्र तल पर वस्तु से टकराने के बाद वापस परावर्तित हो जाती हैं और डिटेक्टर द्वारा महसूस की जाती हैं।
  • डिटेक्टर अल्ट्रासोनिक तरंगों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है जिनकी उचित व्याख्या की जाती है।
  • ध्वनि तरंग को परावर्तित करने वाली वस्तु की दूरी की गणना पानी में ध्वनि की गति और अल्ट्रासाउंड के संचरण और रिसेप्शन के बीच के समय अंतराल को जानकर की जा सकती है।

माना अल्ट्रासाउंड सिग्नल के प्रसारण और ग्रहण के बीच का समय अंतराल t है और समुद्री जल के माध्यम से ध्वनि की गति v है।
अल्ट्रासाउंड द्वारा तय की गई कुल दूरी 2d है, तो

2d = v × t,

उपरोक्त विधि को इको रेंजिंग कहा जाता है।
सोनार तकनीक का उपयोग समुद्र की गहराई को निर्धारित करने और पानी के नीचे की पहाड़ियों, घाटियों, पनडुब्बियों, हिमखंडों, डूबे हुए जहाजों आदि का पता लगाने के लिए किया जाता है।

सुपरसोनिक ध्वनि(SUPERSONIC SOUND):

यदि किसी पदार्थ की गति, विशेष रूप से वायुयान की, वायु में ध्वनि की गति से अधिक हो, तो उसकी गति को सुपरसोनिक गति कहा जाता है।

इन्फ्रासोनिक ध्वनि(INFRASONIC SOUND):

20 हर्ट्ज से कम आवृत्तियों की ध्वनि को इन्फ्रासोनिक ध्वनि या इन्फ्रासाउंड कहा जाता है।

उदाहरण:
गैंडा 5 हर्ट्ज जितनी कम आवृत्ति की इन्फ्रासाउंड का उपयोग करके संचार करता है। व्हेल और हाथी इन्फ्रासाउंड रेंज में ध्वनि उत्पन्न करते हैं। यह देखा गया है कि कुछ जानवर भूकंप से पहले परेशान हो जाते हैं। भूकंप मुख्य झटके की लहरों के शुरू होने से पहले कम आवृत्ति वाली इन्फ्रासाउंड उत्पन्न करते हैं जो संभवतः जानवरों को सचेत करते हैं।

अल्ट्रासोनिक ध्वनि(ULTRASONIC SOUND):

20 kHz से अधिक की आवृत्ति को अल्ट्रासोनिक ध्वनि या अल्ट्रासाउंड कहा जाता है।

उदाहरण:
अल्ट्रासाउंड डॉल्फ़िन, चमगादड़ और पोर्पोइस द्वारा निर्मित होता है।

अनुप्रयोग:

  • धातु के ब्लॉकों में दरारें और खामियों का पता लगाने के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया जा सकता है। धातु के घटकों का उपयोग आमतौर पर इमारतों, पुलों, मशीनों और वैज्ञानिक उपकरणों जैसी बड़ी संरचनाओं के निर्माण में किया जाता है।
  • अल्ट्रासाउंड का उपयोग आमतौर पर दुर्गम स्थानों में स्थित भागों को साफ करने के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए, सर्पिल ट्यूब, विषम पार्ट्स, इलेक्ट्रॉनिक घटक, आदि।
  • अल्ट्रासोनिक तरंगें हृदय के विभिन्न भागों के परावर्तन को जानने और हृदय की छवि बनाने के लिए की जाती हैं। इस तकनीक को ‘इकोकार्डियोग्राफी’ कहा जाता है।
  • अल्ट्रासाउंड स्कैनर एक ऐसा उपकरण है जो मानव शरीर के आंतरिक अंगों की छवियों को प्राप्त करने के लिए अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग करता है। एक डॉक्टर रोगी के अंगों जैसे कि यकृत, पित्ताशय, गर्भाशय, गुर्दे, आदि की छवि बना सकता है। यह चिकित्सक को असामान्यताओं का पता लगाने में मदद करता है, जैसे कि पित्ताशय में पथरी और गुर्दे या विभिन्न अंगों में ट्यूमर। इस तकनीक में, अल्ट्रासोनिक तरंगें शरीर के ऊतकों के माध्यम से यात्रा करती हैं और उस क्षेत्र से परावर्तित होती हैं जहां ऊतक घनत्व में परिवर्तन होता है। इन तरंगों को तब विद्युत संकेतों में परिवर्तित किया जाता है जिनका उपयोग अंग की छवियों को उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। इन छवियों को तब मॉनीटर पर प्रदर्शित किया जाता है या किसी फिल्म पर मुद्रित किया जाता है। इस तकनीक को ‘अल्ट्रासोनोग्राफी’ कहा जाता है।

मैक संख्या(MACH NUMBER):

किसी पिंड की गति और हवा में ध्वनि की गति के अनुपात को पिंड की मच संख्या कहा जाता है। यदि किसी पिंड की मच संख्या 1 से अधिक है, तो यह स्पष्ट है कि पिंड में सुपरसोनिक गति है।

ध्वनि का परावर्तन (इको)

  • यह ध्वनि का परावर्तन है जो ध्वनि के बाद देरी से श्रोता तक पहुंचता है।
  • इस ध्वनि की अनुभूति हमारे मस्तिष्क में लगभग 0.1 सेकंड तक बनी रहती है।
  • एक अलग प्रतिध्वनि सुनने के लिए, मूल ध्वनि और परावर्तित ध्वनि के बीच का समय अंतराल कम से कम 0.1 सेकंड होना चाहिए।
  • अलग-अलग गूँज सुनने के लिए, ध्वनि के स्रोत से बाधा की न्यूनतम दूरी 17.2 मीटर होनी चाहिए। यह दूरी हवा के तापमान के साथ बदल जाएगी। गूँज लगातार या कई परावर्तन के कारण एक से अधिक बार सुनी जा सकती है।

प्रतिध्वनि(REVERBERATION):

आसपास की वस्तुओं से ध्वनि के लगातार परावर्तन के कारण ध्वनि के लंबे समय तक चलने की घटना को प्रतिध्वनि कहा जाता है।
उदाहरण:
स्टेथोस्कोप में, रोगी के दिल की धड़कन की आवाज ध्वनि के कई प्रतिबिंबों द्वारा डॉक्टर के कानों तक पहुंचती है।

श्रव्य सीमा
मनुष्यों के लिए ध्वनि की श्रव्य सीमा लगभग 20 हर्ट्ज से 20000 हर्ट्ज (एक हर्ट्ज = एक चक्र/सेकेंड) तक होती है। पांच साल से कम उम्र के बच्चे और कुछ जानवर, जैसे कुत्ते 25 किलोहर्ट्ज़ (1 किलोहर्ट्ज़ = 1000 हर्ट्ज़) तक सुन सकते हैं।

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