Educational Galaxy

ध्वनि तरंगें: विशेषताएँ और उपयोग — EG के अपने नोट्स, सरल शब्दों में

पुस्तक: Exploration (BSEB, Class 9)  |  अध्याय 10  |  माध्यम: हिंदी

यह पृष्ठ NCERT की NEP पुस्तक के Educational Galaxy नोट्स का हिंदी संस्करण है, जो बिहार बोर्ड के विद्यार्थियों के लिए तैयार किया गया है। बिहार बोर्ड द्वारा इस पुस्तक को निर्धारित किए जाने का दावा नहीं किया जाता।

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चित्र (लेबल चित्र पर ही छपे हैं): आरेख के रूप में खींचा स्वरित्र द्विभुज: कंपन करता काँटा, ध्वनि तरंगें, ध्वनि स्रोत के रूप में द्विभुज, और आस-पास की हवा माध्यम के रूप में, जिनमें से हर एक चित्र पर ही लेबल किया गया है। चित्र के सभी लेबल हिंदी में छपे हैं।

हमारे आस-पास ध्वनि — संगीत, बोली और प्रतिध्वनियाँ।

इस अध्याय के बारे में

ध्वनि कंपन करती वस्तु से पैदा होती है। स्वरित्र द्विभुज पर चोट कीजिए तो उसके काँटे कंपन करते हैं; तार छेड़िए तो वह कंपन करता है; बोलिए तो आपकी स्वर-रज्जुएँ कंपन करती हैं। कंपन के बिना कोई ध्वनि नहीं है, और माध्यम — ठोस, द्रव या गैस — के बिना ध्वनि यात्रा नहीं कर सकती।

ध्वनि संपीडन और विरलन की तरंग के रूप में यात्रा करती है। संपीडन में माध्यम के कण एक-दूसरे के पास धकेले जाते हैं; विरलन में वे फैल जाते हैं। तरंग ऊर्जा आगे ले जाती है, पर कण स्वयं केवल अपनी जगहों के आस-पास आगे-पीछे कंपन करते हैं — वे तरंग के साथ यात्रा नहीं करते।

ध्वनि तरंग को उसकी तरंगदैर्घ्य (λ, दो संपीडनों के बीच की दूरी), आवृत्ति (f, प्रति सेकंड कंपन, हर्ट्ज़ में), आवर्तकाल (T = 1 ÷ f), आयाम (कण कितनी दूर कंपन करते हैं, जो प्रबलता तय करता है), और चाल (v = fλ) से बताया जाता है। ध्वनि ठोसों में सबसे तेज़, द्रवों में धीमी, और गैसों में सबसे धीमी है — हवा में लगभग 343 m/s।

जब ध्वनि किसी सतह से टकराती है, तो वह परावर्तित हो सकती है और प्रतिध्वनि बना सकती है। यदि परावर्तित ध्वनि कम से कम 0.1 s बाद लौटती है, तो कान उसे अलग प्रतिध्वनि के रूप में सुनता है। वह देरी मापन का औज़ार है: चमगादड़ अँधेरे में शिकार खोजने के लिए प्रतिध्वनि-निर्धारण इस्तेमाल करते हैं, और सोनार उससे समुद्र की गहराई या पानी के नीचे किसी वस्तु की स्थिति खोजता है।

क्या सीखना है

ध्यान दीजिए कि कंपन तरंग कैसे बनता है, तरंगदैर्घ्य, आवृत्ति, आयाम और चाल में से हर एक का क्या अर्थ है, ध्वनि को माध्यम क्यों चाहिए, और परावर्तन मापन का औज़ार कैसे बनता है।

हम क्या सुनते हैं: तारत्व, प्रबलता और गुणता

तारत्व आवृत्ति पर निर्भर है: ऊँची आवृत्ति की ध्वनि तीखी होती है, नीची आवृत्ति की ध्वनि गंभीर होती है। प्रबलता आयाम पर निर्भर है: बड़े कंपन ज़्यादा ऊर्जा ले जाते हैं और ज़्यादा ज़ोर से सुनाई देते हैं। दो वाद्य एक ही स्वर एक ही प्रबलता से बजाएँ, फिर भी अलग सुनाई देते हैं, क्योंकि गुणता (स्वर-रंग) अलग है — हर वाद्य द्वारा जोड़े गए अधिस्वरकों का मिश्रण।

मनुष्य की सुनने की सीमा लगभग 20 Hz से 20,000 Hz तक है। 20 Hz से नीचे की ध्वनियाँ अवश्रव्य हैं; 20,000 Hz से ऊपर की ध्वनियाँ पराश्रव्य हैं। कुत्ते पराश्रव्य सुनते हैं, इसीलिए कुत्तों की सीटियाँ काम करती हैं, और पराश्रव्य चिकित्सा में बिना विकिरण के शरीर के अंदर देखने के लिए इस्तेमाल होता है।

हल किया गया उदाहरण: प्रतिध्वनि दूरी

एक जहाज़ सोनार स्पंद भेजता है जो 2 s बाद लौटता है। समुद्री पानी में ध्वनि लगभग 1,500 m/s चलती है, और स्पंद नीचे जाकर वापस आता है, इसलिए गहराई (1,500 × 2) ÷ 2 = 1,500 m है। आधा करना भूलना चिर-परिचित गलती है: दिया गया समय हमेशा आने-जाने का होता है।

हवा में, ताली के 1 s बाद सुनी गई प्रतिध्वनि का अर्थ है कि परावर्तित दीवार (343 × 1) ÷ 2 ≈ 172 m दूर है। वही सूत्र, वही आधा करना, हर बार।

चार्ट / तालिका: अलग-अलग माध्यमों में ध्वनि

बिंदु	विवरण
इस्पात (ठोस)	लगभग 5,000 m/s — सबसे तेज़; कण पास-पास हैं
पानी (द्रव)	लगभग 1,500 m/s
हवा (गैस)	लगभग 343 m/s — तीनों में सबसे धीमी
निर्वात	कोई ध्वनि नहीं — कंपन के लिए कोई माध्यम नहीं
हमारी सुनने की आवृत्ति-सीमा	लगभग 20 Hz से 20,000 Hz
पराश्रव्य	20,000 Hz से ऊपर; चिकित्सा और सोनार में इस्तेमाल

हल की गई विधि: सोनार से गहराई

1. सोनार स्पंद 3 s बाद लौटता है। समुद्री पानी में ध्वनि 1,500 m/s चलती है।
2. गहराई = (चाल × समय) ÷ 2 = (1,500 × 3) ÷ 2।
3. गहराई = 2,250 m।
4. 2 से भाग देना ज़रूरी है क्योंकि स्पंद नीचे जाकर वापस आता है।

अभ्यास (स्वयं करके देखें)

1. ध्वनि निर्वात से क्यों नहीं यात्रा कर सकती?
   संकेत: सोचिए कि ध्वनि तरंग को चलने के लिए किसकी ज़रूरत है।
2. तरंग की आवृत्ति 500 Hz और तरंगदैर्घ्य 0.68 m है। उसकी चाल क्या है?
   संकेत: v = fλ के बारे में सोचिए।
3. कौन ज़्यादा प्रबल है: बड़े आयाम वाली तरंग या छोटे आयाम वाली?
   संकेत: ऊर्जा और कंपन के आकार के बारे में सोचिए।
4. प्रतिध्वनि क्या है, और हम उसे अलग से कब सुनते हैं?
   संकेत: परावर्तन और 0.1 s के अंतर के बारे में सोचिए।
5. चमगादड़ रात में शिकार के लिए ध्वनि क्यों इस्तेमाल करते हैं?
   संकेत: प्रतिध्वनि-निर्धारण के बारे में सोचिए।

प्रश्न और उत्तर

1. ध्वनि कैसे पैदा होती है?
   ध्वनि कंपन करती वस्तु से पैदा होती है। कंपन आस-पास के माध्यम के कणों को हिलाते हैं, और वह हलचल संपीडन और विरलन की तरंग के रूप में यात्रा करती है।
2. ध्वनि को माध्यम क्यों चाहिए?
   ध्वनि तरंग कणों का कंपन है: हर कण कंपन अगले को देता है। बिना कणों के — निर्वात में — कंपन करने को कुछ नहीं है, इसलिए ध्वनि यात्रा नहीं कर सकती।
3. तरंगदैर्घ्य, आवृत्ति और आयाम क्या हैं?
   तरंगदैर्घ्य दो क्रमागत संपीडनों (या विरलनों) के बीच की दूरी है। आवृत्ति प्रति सेकंड कंपनों की संख्या है, हर्ट्ज़ में। आयाम कणों के विराम से कंपन की दूरी है, और यह तय करता है कि ध्वनि कितनी प्रबल है।
4. चाल, आवृत्ति और तरंगदैर्घ्य के बीच संबंध बताइए।
   चाल = आवृत्ति × तरंगदैर्घ्य (v = fλ)। आवर्तकाल आवृत्ति का व्युत्क्रम है: T = 1 ÷ f।
5. प्रतिध्वनि क्या है?
   प्रतिध्वनि परावर्तित ध्वनि है जो मूल ध्वनि के कम से कम 0.1 s बाद कान तक लौटती है, इसलिए वह मूल में घुलने की बजाय अलग ध्वनि के रूप में सुनाई देती है।

विस्तार प्रश्न

1. ध्वनि तरंग की आवृत्ति 440 Hz है और हवा में चाल 352 m/s है। उसकी तरंगदैर्घ्य निकालिए।
   तरंगदैर्घ्य λ = v ÷ f = 352 ÷ 440 = 0.8 m। तरंग यात्रा करते हुए हर 0.8 m पर दोहराती है।
2. सोनार स्पंद समुद्र-तल से 3 s बाद लौटता है। समुद्री पानी में ध्वनि 1,500 m/s चलती है। वहाँ समुद्र कितना गहरा है?
   गहराई = (चाल × समय) ÷ 2 = (1,500 × 3) ÷ 2 = 2,250 m। 2 से भाग देना मायने रखता है क्योंकि स्पंद नीचे जाकर वापस आता है।
3. दो अंतरिक्ष-यात्री अंतरिक्ष-यात्रा के दौरान एक साथ अंतरिक्ष-स्टेशन की मरम्मत करते हैं। क्या वे एक-दूसरे से सामान्य ढंग से बात कर सकते हैं? समझाइए।
   नहीं। अंतरिक्ष निर्वात है जिसमें कोई माध्यम नहीं है, और ध्वनि को यात्रा के लिए माध्यम चाहिए। वे आवाज़ें या धातु की खनक पृथ्वी की तरह नहीं सुन सकते; वे रेडियो से बात करते हैं, जो बिना माध्यम वाली तरंगें इस्तेमाल करता है।
4. एक स्वरित्र द्विभुज 256 Hz पर कंपन करता है। दूसरा 512 Hz पर कंपन करता है। किस ध्वनि का तारत्व ऊँचा है, और उसी माध्यम में किस तरंग की तरंगदैर्घ्य लंबी है?
   512 Hz वाले द्विभुज का तारत्व ऊँचा है, क्योंकि तारत्व आवृत्ति के साथ बढ़ता है। उसी माध्यम में चाल एक-सी है, इसलिए λ = v ÷ f: नीची आवृत्ति (256 Hz) की तरंगदैर्घ्य लंबी है — 512 Hz वाली तरंग से दोगुनी।
5. खाली हॉल में ध्वनि की प्रतिध्वनि साफ़ सुनाई क्यों देती है, पर छोटे, सुसज्जित कमरे में क्यों नहीं?
   प्रतिध्वनि के लिए परावर्तन मूल ध्वनि के कम से कम 0.1 s बाद लौटना चाहिए, जिसके लिए हवा में लगभग 17 m दूर परावर्तित सतह चाहिए (343 × 0.1 ÷ 2)। छोटा कमरा उस देरी के लिए बहुत छोटा है, और फ़र्नीचर ध्वनि को परावर्तित करने की बजाय सोख लेता है — इसलिए परावर्तन अलग प्रतिध्वनि की बजाय गूँज में घुल जाते हैं।

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