ശബ്ദതരംഗങ്ങൾ
തുലനസ്ഥാനത്തു നിന്ന് ഒരു വശത്തേക്കുള്ള പരമാവധി സ്ഥാനാന്തരത്തിന്റെ അളവാണ് ആയതി (Amplitude). ആയതി a എന്ന അക്ഷരം കൊണ്ട് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ആയതിയുടെ SI യൂണിറ്റ് മീറ്റർ (m) ആകുന്നു.
ഒരു ദോലനത്തിന് ആവശ്യമായ സമയത്തെ പീരിയഡ് (Period) എന്നു പറയുന്നു. ഇത് T എന്ന അക്ഷരം കൊണ്ട് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. പീരിയഡ് അളക്കുന്നത് സെക്കന്റ് (s) എന്ന യൂണിറ്റ് ഉപയോഗിച്ചാണ്.
ഒരു സെക്കൻഡിൽ ഉണ്ടാകുന്ന ദോലനങ്ങളുടെ എണ്ണമാണ് ആവൃത്തി (Frequency). ആവൃത്തിയുടെ SI യൂണിറ്റാണ് ഹെട്സ് (Hz). ആവൃത്തി സൂചിപ്പിക്കുന്നത് f എന്ന അക്ഷരം കൊണ്ടാണ്.
ആവൃത്തി (f) = 1 / പീരിയഡ് (T)
പീരിയഡ് കൂടുമ്പോൾ ആവൃത്തി കുറയുന്നു.
ഒരു വസ്തുവിനെ സ്വതന്ത്രമായി കമ്പനം ചെയ്യിച്ചാൽ അത് അതിന്റെ തനതായ ആവൃത്തിയിൽ ആയിരിക്കും കമ്പനം ചെയ്യുന്നത്. ഈ ആവൃത്തിയാണ് ആ വസ്തുവിന്റെ സ്വാഭാവിക ആവൃത്തി (Natural frequency).
ഒരു വസ്തുവിന്റെ സ്വാഭാവിക ആവൃത്തിയെ സ്വാധീനിക്കുന്ന ഘടകങ്ങളാണ്:
- വസ്തുവിന്റെ നീളം
- വലുപ്പം
- പദാർഥത്തിന്റെ സ്വഭാവം
- ഇലാസ്തികത
പെൻഡുലത്തിന്റെ നീളം കൂടിയാൽ ആവൃത്തി കുറയുന്നു.
കമ്പനം ചെയ്യുന്ന വസ്തുവിന്റെ പ്രേരണം മൂലം മറ്റൊരു വസ്തു കമ്പനം ചെയ്യുന്നതാണ് പ്രണോദിത കമ്പനം (Forced vibration).
പ്രണോദിത കമ്പനത്തിന് വിധേയമാകുന്ന വസ്തുവിന്റെ സ്വാഭാവിക ആവൃത്തിയും പ്രേരണം ചെലുത്തുന്ന വസ്തുവിന്റെ സ്വാഭാവിക ആവൃത്തിയും തുല്യമായാൽ ആ വസ്തുക്കൾ അനുനാദ (Resonance) ത്തിലാണെന്ന് പറയാം.
പ്രണോദിത കമ്പനവും അനുനാദവും പ്രയോജനപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്ന സന്ദർഭങ്ങൾ:
- MRI സ്കാനിങ്ങിൽ
- റേഡിയോ ട്യൂണിങ്ങിന്
- ഗിറ്റാർ, വയലിൻ, വീണ, ഹാർമോണിയം, മൃദംഗം തുടങ്ങിയ സംഗീതോപകരണങ്ങളിൽ
ഒരു സിമ്പിൾ പെൻഡുലത്തിന്റെ ആവൃത്തി 1 Hz ആണ്. അതിന്റെ പീരിയഡ് എത്രയാണ്?
T = 1/f = 1/1Hz = 1sec
ഒരു പെൻഡുലം ഒരു ദോലനം പൂർത്തിയാക്കാൻ 0.5 s എടുക്കുന്നുവെങ്കിൽ അതിന്റെ ആവൃത്തി എത്ര?
f = 1/T = 1/0.5 = 2Hz
512 Hz ആവൃത്തിയുള്ള ഒരു ട്യൂണിങ് ഫോർക്ക് ഉത്തേജിപ്പിച്ച് അതിന്റെ തണ്ട് മേശമേൽ അമർത്തി വയ്ക്കുന്നു. ഈ അവസരത്തിൽ മേശ കമ്പനം ചെയ്യുമോ? ഈ പ്രതിഭാസം ഏതു പേരിൽ അറിയപ്പെടുന്നു?
ചെയ്യും, പ്രണോദിത കമ്പനം
പ്രേഷണത്തിന് മാധ്യമം ആവശ്യമുള്ളവ:
- സീസ്മിക് തരംഗം
- ശബ്ദതരംഗം
- ജലതരംഗം
പ്രേഷണത്തിന് മാധ്യമം ആവശ്യമില്ലാത്തവ:
- റേഡിയോ തരംഗം
- മൈക്രോവേവ്
- ഇൻഫ്രാറെഡ്
മാധ്യമത്തിലെ കണികകൾ തരംഗത്തിന്റെ പ്രേഷണദിശയ്ക്ക് സമാന്തരമായി കമ്പനം ചെയ്യുന്ന തരംഗങ്ങളാണ് അനുദൈർഘ്യതരംഗങ്ങൾ.
മാധ്യമത്തിലെ കണികകൾ തരംഗത്തിന്റെ പ്രേഷണദിശയ്ക്ക് ലംബമായി കമ്പനം ചെയ്യുന്ന തരംഗങ്ങളാണ് അനുപ്രസ്ഥതരംഗങ്ങൾ.
അനുപ്രസ്ഥതരംഗം, അനുദൈർഘ്യതരംഗം എന്നിവയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ചില പ്രത്യേകതകൾ:
- തരംഗത്തിന്റെ പ്രേഷണദിശയ്ക്ക് ലംബമായി മാധ്യമത്തിലെ കണികകൾ കമ്പനം ചെയ്യുന്നു - അനുപ്രസ്ഥ തരംഗം
- ഉച്ചമർദമേഖലകളും നീചമർദമേഖലകളും ഉണ്ടാകുന്നു - അനുദൈർഘ്യ തരംഗം
- മാധ്യമത്തിൽ മർദവ്യതിയാനങ്ങൾ ഉണ്ടാകുന്നു - അനുദൈർഘ്യ തരംഗം
- ശൃംഗങ്ങളും ഗർത്തങ്ങളും ഉണ്ടാകുന്നു - അനുപ്രസ്ഥ തരംഗം
- തരംഗത്തിന്റെ പ്രേഷണദിശയ്ക്ക് സമാന്തരമായി മാധ്യമത്തിലെ കണികകൾ കമ്പനം ചെയ്യുന്നു - അനുദൈർഘ്യ തരംഗം
- മാധ്യമത്തിൽ മർദവ്യതിയാനങ്ങൾ ഉണ്ടാകുന്നില്ല - അനുപ്രസ്ഥ തരംഗം
തരംഗങ്ങളുടെ പ്രധാന സവിശേഷതകളാണ്:
- ആയതി
- പീരിയഡ്
- ആവൃത്തി
- തരംഗദൈർഘ്യം
- തരംഗവേഗം
ആവൃത്തി (Frequency): ഒരു ബിന്ദുവിലൂടെ ഒരു സെക്കന്റിൽ കടന്നു പോകുന്ന സൈക്കിളുകളുടെ എണ്ണമാണല്ലോ തരംഗത്തിന്റെ ആവൃത്തി.
തരംഗദൈർഘ്യം (Wavelength): അടുത്തടുത്ത രണ്ടു ശൃംഗങ്ങളോ ഗർത്തങ്ങളോ തമ്മിലുള്ള അകലമാണ്. തരംഗദൈർഘ്യത്തെ സൂചിപ്പിക്കാൻ ലാംഡ (λ) എന്ന ഗ്രീക്ക് അക്ഷരം ഉപയോഗിക്കുന്നു. തരംഗദൈർഘ്യത്തിന്റെ യൂണിറ്റ് മീറ്റർ (m) ആണ്.
വേഗം സ്ഥിരമായിരിക്കുമ്പോൾ തരംഗത്തിന്റെ ആവൃത്തി തരംഗദൈർഘ്യത്തിന് വിപരീതാനുപാതത്തിൽ ആയിരിക്കും. f ∝ 1/λ
തരംഗവേഗം = ആവൃത്തി × തരംഗദൈർഘ്യം, അതായത്, v = fλ
വായുവിൽ 350 m/s വേഗത്തിൽ സഞ്ചരിക്കുന്ന ഒരു അനുദൈർഘ്യ തരംഗത്തിന്റെ ആവൃത്തി 35 Hz എങ്കിൽ:
λ = v/f = 350/35 = 10m
175 Hz ആവൃത്തിയുള്ള ശബ്ദതരംഗത്തിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യം 2 m ആണ്. ശബ്ദവേഗം കണക്കാക്കുക.
v = f × λ = 175 × 2 = 350 m/s
മിനുസമുള്ള പ്രതലങ്ങൾ പരുപരുത്ത പ്രതലങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് ശബ്ദത്തെ നന്നായി പ്രതിപതിപ്പിക്കും.
ആദ്യശബ്ദം ശ്രവിച്ചതിനു ശേഷം അതേ ശബ്ദം പ്രതിപതിച്ച് വീണ്ടും കേൾക്കുന്നതാണ് പ്രതിധ്വനി.
പ്രതിധ്വനി കേൾക്കണമെങ്കിൽ പ്രതിപതനതലം ചുരുങ്ങിയത് 17.5 m അകലെ ആയിരിക്കണം.
ജലത്തിനുള്ളിൽ വച്ച് പ്രതിധ്വനി കേൾക്കണമെങ്കിൽ സ്രോതസ്സും പ്രതിപതനതലവും തമ്മിൽ ചുരുങ്ങിയത് 74 m അകലം ഉണ്ടായിരിക്കണം.
ശ്രവണ പരിധി: 20Hz - 20000Hz
അൾട്രാസോണിക് തരംഗങ്ങൾ കൊണ്ടുള്ള ഉപയോഗങ്ങൾ:
- വൈദ്യശാസ്ത്രരംഗത്ത് രോഗനിർണ്ണയത്തിനും ചികിത്സക്കും
- വൃക്കയിലെ ചെറിയ കല്ലുകൾ പൊടിച്ചു കളയാൻ
- ഫിസിയോതെറാപ്പിയിൽ
- വൃക്ക, കരൾ, പിത്തസഞ്ചി, ഗർഭപാത്രം തുടങ്ങിയ ആന്തരിക അവയവങ്ങളുടെ പ്രതിബിംബം രൂപപ്പെടുത്താൻ
ജലോപരിതലത്തിലുള്ള ഒരു കപ്പലിലെ സോണാറിന്റെ ട്രാൻസ്മിറ്ററിൽ നിന്ന് പുറപ്പെടുന്ന അൾട്രാസോണിക് തരംഗം കടലിന്റെ അടിത്തട്ടിലുള്ള പാറക്കെട്ടിൽ തട്ടി 0.2 s സമയത്തിനു ശേഷം തിരിച്ചെത്തുന്നു എങ്കിൽ കപ്പലിൽ നിന്ന് പാറക്കെട്ടിലേക്കുള്ള അകലം എത്ര?
d = v × t = 1522 × 0.2 = 304.4m, ans = 152.2m
ശബ്ദവും പ്രകാശവും അനുദൈർഘ്യതരംഗങ്ങളാണ്.
വവ്വാലിന് കേൾക്കാൻ കഴിയുന്ന ശബ്ദത്തിന്റെ ഉച്ചപരിധി 120 kHz ആണ്. പരമാവധി എത്ര തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ശബ്ദം വരെ അതിനു കേൾക്കാൻ സാധിക്കും?
λ = v/f = 350/120000 = 0.00029m
3.2 m/s വേഗത്തിൽ സഞ്ചരിക്കുന്ന രണ്ട് തരംഗങ്ങളുടെ ഗ്രാഫിക ചിത്രീകരണം നൽകിയിരിക്കുന്നു.
ആവൃത്തി, പീരിയഡ്, തരംഗദൈർഘ്യം: 0.125Hz, 8s & 25.6m; 1Hz, 1sec & 3.2m.
മനുഷ്യന് കേൾക്കാൻ സാധിക്കുന്ന ആവൃത്തി: 2000 Hz
ഒരു തരംഗത്തിന് 2 kHz ആവൃത്തിയും 35 cm തരംഗദൈർഘ്യവും ഉണ്ട്. ഈ തരംഗം 0.5 s ൽ എത്ര ദൂരം സഞ്ചരിക്കും?
v = f × λ = 2000 × 0.35 = 700m; d = v × t = 700 × 0.5 = 350m
0.5 s ൽ 50 ശൃംഗങ്ങളും 50 ഗർത്തങ്ങളും ഉണ്ടാകുന്ന തരംഗത്തിന്റെ ആവൃത്തി: f = 50/0.5 = 100Hz
ഒരു അനുപ്രസ്ഥതരംഗത്തിന്റെ അടുത്തടുത്ത ഗർത്തങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള അകലം 2 m ആണ്. അതിന്റെ വേഗം 20 m/s ആണെങ്കിൽ ആവൃത്തി: f = v/λ = 20/2 = 10Hz
ശബ്ദം ഒരു മാധ്യമത്തിലൂടെ പ്രേഷണം ചെയ്യുമ്പോൾ സഞ്ചരിക്കുന്നത് മാധ്യമത്തിലെ കണികകൾ.
മേശപ്പുറത്ത് ഉറപ്പിച്ച് നിർത്തിയിരിക്കുന്ന ട്യൂണിങ്ഫോർക്കിന്റെ ഇരുഭുജങ്ങൾക്കും സമീപത്തായി ട്യൂണിങ്ഫോർക്കിനെ സ്പർശിക്കുന്ന രീതിയിൽ രണ്ട് പിത്ത്ബോളുകൾ തൂക്കിയിട്ടിരിക്കുന്നു. ഈ സംവിധാനത്തിന്റെ അടുത്തിരുന്ന് ഒരാൾ പിയാനോ വായിക്കുന്നു.
പിത്ത്ബോളുകൾ ചെറുതായി അനങ്ങുന്നതിന് കാരണം: പ്രണോദിത കമ്പനം.
പിയാനോയിൽ ചില സ്വരങ്ങൾ വായിക്കുമ്പോൾ പിത്ത്ബോളുകൾ കൂടിയ ആയതിയിൽ തെറിക്കുന്നതിന് കാരണം: അനുനാദം.
