గుడిగంట మోగినప్పుడు ఏర్పడే తరంగాలను ఏమంటారు?

సర్‌ ఐజాక్‌ న్యూటన్‌ మొదటి సారిగా గాలిలో ధ్వని ప్రసారాన్ని వివరించాడు. శృతి దండం ఒక శబ్దఅనునాదకం. ప్రయోగశాలలో ధ్వనిని శృతిదండం సాయంతో ఉత్పత్తి...

• ధ్వని ఒక శక్తి స్వరూపం ఇది యాంత్రిక శక్తి రూపంలో ఉంటుంది. కాబట్టి ధ్వని ప్రసారానికి యానకం అవసరం.
• కనిపించే వస్తువులన్నీ ధ్వనిని ఉత్పత్తి చేస్తాయి.
• ధ్వని ప్రసారమైనప్పుడు అణువుల స్థానంలో మార్పు రాదు. శక్తి మాత్రమే ప్రసారమవుతుంది. ధ్వని ప్రసరణ జరిగే యానకం రెండు ధర్మాలను కలిగి ఉంటుంది.
• 1. స్థితిస్థాపకత 2. జడత్వం
• కణాలు కలిగి ఉన్న పదార్థాన్ని యానకం అంటారు. ఇది ఘన, ద్రవ వాయు స్థితుల్లో ఉంటుంది.
• పైథాగరస్‌ అనే గ్రీకు తత్వవేత్త ధ్వని తరంగాలు గాలిలోని అణువులు ముందుకు వెనుకకు కదలడం ద్వారా ప్రయాణించి చెవిని చేరి గ్రహణ సంవేదనను కలుగజేస్తాయని వివరించాడు. ఈ విషయాన్ని బేకన్‌, గెలిలియో అంగీకరించారు.
• సర్‌ ఐజాక్‌ న్యూటన్‌ మొదటి సారిగా గాలిలో ధ్వని ప్రసారాన్ని వివరించాడు.
• శృతి దండం ఒక శబ్దఅనునాదకం. ప్రయోగశాలలో ధ్వనిని శృతిదండం సాయంతో ఉత్పత్తి చేస్తారు.
• శృతి దండాన్ని ‘జాన్‌షోర్‌’ అనే ఇంగ్లండ్‌ సంగీత విద్వాంసుడు కనుగొన్నాడు.
• శృతిదండం పిచ్‌ ధాని భుజాల పొడవుపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
• సంగీత పరికరాలను శృతి చేయడంలో శృతి దండం పిచ్‌ను ప్రామాణికంగా తీసుకుంటారు.

తరంగాలు

• తరంగం అంటే శక్తిని ఒక బిందువు నుంచి మరొక బిందువుకు మోసుకుపోయేది.
  తరంగాలు స్వభావరీత్య రెండు రకాలు
• 1. యాంత్రిక తరంగాలు
• 2. విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు

1. యాంత్రిక తరంగాలు:

• ఈ తరంగాలు ప్రయాణించడానికి యానకం అవసరం
• శూన్యంలో ఈ తరంగాలు ప్రయాణించలేవు.

2. విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు

• ఈ తరంగాలు యానకంలో, శూన్యంలో రెండింటిలో ప్రయణిస్తాయి.
• శూన్యంలో కాంతివేగం C=3×108 m/sec తో సమానంగా ప్రయాణిస్తాయి
• యానకంతో నిమిత్తం లేకుండా ప్రయాణిస్తాయి.
• ఉదా: రేడియో తరంగాలు, మైక్రోతరంగాలు, X కిరణాలు మొదలైనవి.

తరంగాలు ప్రయాణించే విధానాన్ని అనుసరించి రెండు రకాలు
1. పురోగామి తరంగాలు
2. స్థిర లేదా స్థావర తరంగాలు

పురోగామి తరంగాలు

• జనించిన బిందువు నుంచి వెనుకకు తిరిగి రాకుండా అనంత దూరాలకు ప్రయాణించే తరంగాలను పురోగామి తరంగాలు అంటారు.
• పురోగామి తరంగాల ప్రయాణ దిశలో ఏదైనా అవరోధం ఏర్పడితే అవి పరావర్తనం చెందుతాయి.
• పరావర్తనం చెందిన తరంగాల ప్రావస్థ దశలో మార్పు pc రేడియన్లు లేదా 180oలు ఉంటుంది.
• యానకంలోని కంపనాలను బట్టి పురోగామి తరంగాలు రెండు రకాలు
• 1) అనుధైర్ఘ్య తరంగాలు
• 2) తిర్యక్‌ తరంగాలు

1. అనుధైర్ఘ్య తరంగాలు

• యానకంలోని కణాలు తరంగ చలన దిశకు సమాంతరంగా కంపిస్తాయి.
• వీటిలో అధిక సాంద్రత గల ప్రాంతాన్ని సంపీడనం అని, తక్కువ సాంద్రత గల ప్రాంతాన్ని విరళీకరణం అని అంటారు.
• రెండు వరుస సంపీడనాలు లేదా విరళీకరణాల మధ్య దూరాన్ని తరంగధైర్ఘ్యం అని అంటారు.
• ఉదా: గాలిలో ధ్వని తరంగాలు, నీటిలోపల ఏర్పడే తరంగాలు, గుడి గంట మోగినప్పుడు ఏర్పడే తరంగాలు

2. తిర్యక్‌ తరంగాలు

• యానకంలోని కణాలు తరంగ చలన దిశకు లంబంగా ప్రయాణిస్తాయి.
• తరంగంలోని ఎత్తైన భాగాన్ని శృంగం అని లోతైన భాగాన్ని ద్రోణి అని పిలుస్తారు.
• రెండు వరుస శృంగాలు లేదా ద్రోణుల దూరాన్ని తరంగధైర్ఘ్యం (l) అంటారు.
• ఉదా: కాంతి తరంగాలు, తీగలపై ఏర్పడే తరంగాలు, నీటిపై ఏర్పడే తరంగాలు

స్థిర/ స్థావర తరంగాలు:

• సమాన పౌన:పున్యాలు, కంపన పరిమితులున్న రెండు పురోగామి తరంగాలు ఒకే పథంలో ఒకదానికొకటి వ్యతిరేక దిశలో ప్రయాణించడం వల్ల స్థిర తరంగాలు ఏర్పడతాయి.
• స్థిర తరంగాలు శక్తిని ఒక బిందువు నుంచి మరొక బిందువుకు మోసుకొని వెళ్లలేవు
• స్థిర తరంగాలు ఏర్పడినపుడు శక్తి రెండు బిందువుల మధ్య నిలిచిపోతుంది.
• అధిక కంపన పరిమితి గల ప్రాంతాన్ని ప్రస్పందన బిందువు అని తక్కువ కంపన పరిమితి గల ప్రాంతాన్ని అస్పందన బిందువు అని అంటారు.
• రెండు వరుస ప్రస్పందన లేదా అస్పందన బిందువుల మధ్య దూరం l/2
• ప్రస్పందన, అనుక్రమ అస్పందన బిందువుల మధ్య దూరం l/4 అవుతుంది.
  సమస్య:-
• రెండు వరుస ప్రస్పందన బిందువుల మధ్య దూరం 15 సెం.మీ.అయిన తరంగ ధైర్ఘాన్ని లెక్కించండి?
  l/2 =15 CM
  l= 2 X15=30 CM
• ఉదా: అనునాదం చెందే గాలి స్తంభాల్లో స్థిర తరంగాలు ఏర్పడతాయి.
• రెండు వైపులా బిగించిన తాడులో స్థిరతరంగాలు ఏర్పడతాయి.

ధ్వని తరంగాలు – లక్షణాలు
ధ్వని తరంగం 4 లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది.
1) తరంగ ధైర్ఘ్యం
2) కంపన పరిమితి
3) పౌనఃపున్యం లేదా ఆవర్తనకాలం
4) తరంగ వేగం

1) తరంగ ధైర్ఘ్యం 

• రెండు వరుస సంపీడనాలు లేదా విరళీకరణాల మధ్య దూరం
• రెండు వరుస శృంగాలు లేదా ద్రోణుల మధ్య దూరాన్ని తరంగధైర్ఘ్యం అంటారు.
• దీనిని లామ్డా అనే గ్రీకు అక్షరం l తో సూచిస్తారు.
• ఇది పొడవును సూచిస్తుంది.
• ప్రమాణాలు: మీ.మీ, సెం.మీ. etc
• SI ప్రమాణం మీటర్‌

2) కంపన పరిమితి

• యానకంలోని కణాలు వాటి మధ్యమ స్థానం నుంచి ఇరువైపులా పొందే గరిష్ట అలజడిని కంపన పరిమితి అంటారు.
• దీనిని (amplitude) ‘a’ తో సూచిస్తారు.
• కంపన పరిమితిని కంపన పరిమితి
• వివరించే అంశాలు ప్రమాణాలు
• సాంద్రత Kg/m3
• పీడనం పాస్కల్‌
• స్థానభ్రంశం మీటరు
• ధ్వని గాలిలో ప్రయాణించేటపుడు సాంద్రత (Density)లేదా పీడనం (Pressure) ఆధారంగా మనం కంపన పరిమితిని లెక్కిస్తాం
• ధ్వని ఘన పదార్థాలలో ప్రయాణించేటపుడు పదార్థంలో కంపన స్థితిలో ఉండే కణాలు తమ మధ్య స్థానం నుండి పొందిన స్థానభ్రంశం (Displacement) ఆధారంగా కంపన పరిమితిని లెక్కిస్తారు. లేదా నిర్వచిస్తారు.

ఆవర్తన కాలం లేదా పౌన:పుణ్యం

• ధ్వని ప్రసారంలో యానకపు సాంద్రత ఒక పూర్తి డోలనం చేయడానికి పట్టిన కాలాన్ని ధ్వని తరంగపు ఆవర్తన కాలం అంటారు.
• దీనిని T తో సూచిస్తారు. దీని SI ప్రమాణం ‘సెకను’.
• ప్రమాణ కాలంలో చేసిన డోలనాల సంఖ్యను పౌనఃపున్యం అంటారు.
• పౌనఃపున్యాన్ని u(న్యూ)తోసూచిస్తారు.
• దీని SI ప్రమాణాలు హెర్జ్‌లు (HZ)
• పౌనఃపున్యం = 1/ ఆవర్తన కాలం
• T=1/u(or) u = 1/T అవుతుంది.

పౌనఃపున్యం ఉన్నత ప్రమాణాలు
కిలో హెర్ట్‌ (KH2) — 103 H2
మెగా హెర్ట్‌ (MH2) — 106 H2
గిగా హెర్ట్‌ (GH2) — 109 H2
టెరా హెర్ట్‌ (TH2) — 1012 H2

ధ్వని తరంగ వేగం

• ఒక తరంగంపై గల ఏదైనా ఒక బిందువు ప్రమాణ కాలంలో ప్రయాణించిన దూరాన్ని తరంగ వేగం అంటారు.
• తరంగ వేగం (V= ul) అవుతుంది
• ధ్వని వేగం ఘన, ద్రవ, వాయు పదార్థాలలో ఘన పదార్థాల్లో అధికంగాను, వాయు పదార్థాల్లో తక్కువగాను ఉంటుంది.
• V ఘన > V ద్రవ > V వాయు
• 20oC వద్ద పొడిగాలిలో ధ్వనివేగం – 342-2 m/sec (or) 1236 Kmph
• 20oC వద్ద పొడిగాలిలో ధ్వనివేగం – 1484 m/sec (గాలి కంటే 4.3 రెట్లు అధికం)
• 20oC వద్ద పొడిగాలిలో ధ్వనివేగం – 5120 m/sec (గాలి కంటే 15 రెట్లు అధికం)
  ఉరుములు వచ్చే ఒక సందర్భంలో మెరుపులు కనపడిన 3 సెకన్ల తర్వాత ఉరుము శబ్దం వినపడితే ఆ మెరుపు మీకు ఎంత దూరంలో ఉంది.
  (ధ్వని వేగం 342 m/s)
  దూరం = వేగం x కాలం
  = 342 x 3
  = 1026 m

ఒక వాయువులో ధ్వని జనకం ఒక సెకను లో 40,000 సంపీడనాలు, 40,000 విరళీకరణాలు ఉత్పత్తి చేసింది. రెండవ సంపీడనం ఏర్పడినపుడు మొదటి జనకం నుంచి ఒక సెంటిమీటర్‌ దూరంలో ఉన్నది తరంగ వేగాన్ని కనుగొనండి.
పౌనఃపున్యం- 40,000 Hz
తరంగ ధైర్ఘ్యం l = 1Cm
V = ul
= 40000 x 1Cm
= 4,000 Cm/s
= 400 m/s
ఘన పదార్థాల్లో ధ్వని వేగం V =
Y= యంగ్‌ గుణకం, P= పదార్థ సాంద్రత
ద్రవ పదార్థాల్లో ధ్వని వేగం V = Y = సమోష్ణ స్థూల గుణకం
P= ద్రవాల సాంద్రత
వాయు పదార్థాల్లో ధ్వనివేగం
V =
r= స్థితోష్ణ గుణకం p =సాంద్రత
r=cp/cr
అనునాదం చెందే గాలి స్తంభాల ధ్వనివేగం
V=2u(l1l2)

శృతిదండం పౌనఃపున్యం
l1 మొదట అనునాద స్తంభం పొడవు
l2 రెండవ అనునాద స్తంభం పొడవు
గాలిలో ధ్వని వేగాన్ని ప్రభావితం చేసే అంశాలు

ఉష్టోగ్రత ప్రభావం
గాలిలో ధ్వని వేగం దాని పరమ ఉష్ణోగ్రత వర్గమూలానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. Va
ఉష్ణోగ్రతను పెంచడం వల్ల అణువులు కంపన పరిమితి పెరగడం వల్ల గాలిలో ధ్వని వేగం పెరుగుతుంది.
గాలి ఉష్ణోగ్రతను 1oC పెంచినపుడు గాలిలో ధ్వని వేగం 0.61m/sec గా పెరుగుతుంది. అందువల్ల ఉష్ణోగ్రత ఎక్కువగా ఉన్న వేసవికాలంలో ధ్వని వేగం ఎక్కువ

పీడన ప్రభావం
గాలిలో ధ్వనివేగం దాని పీడనంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. కాబట్టి పీడనం పెంచినా, తగ్గించినా గాలి ధ్వని వేగంలో ఎటువంటి మార్పు ఉండదు.
వాతావరణ పీడనం అధికంగా ఉన్న సముద్ర తీరాల్లో సాధారణంగా ఉన్న సమతల ప్రదేశంలో, ఎత్తు తక్కువగా ఉన్న పర్వాతాల దగ్గర ధ్వనివేగంలో ఎటువంటి మార్పు ఉండదు.

సాంద్రత ప్రభావం
న్యూటన్‌-లాప్లాస్‌ సమీకరణం ప్రకారం వాయువుల్లో ధ్వని వేగం దాని సాంద్రత వర్గ మూలానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
V a 1/
వాయువుల సాంద్రత తక్కువగా ఉంటే వాటిలో ధ్వని వేగం ఎక్కువగా ఉంటుంది.
తక్కువ సాంద్రత కలిగిన హైడ్రోజన్‌ వాయువులో ధ్వనివేగం ఎక్కువగా, సాంద్రత అధికంగా ఉన్న గాలిలో ధ్వనివేగం తక్కువ (330ma-1) గా ఉంటుంది.

తేమ లేదా ఆర్ధ్రత ప్రభావం
గాలిలో ఉన్న తేమ శాతం పెరిగితే దాని సాంద్రత తగ్గుతుంది. కాబట్టి ధ్వని వేగం పెరుగుతుంది.
ఉదా: తేమశాతం ఎక్కువగా ఉన్న వర్షాకాలంలో ధ్వని వేగం ఎక్కువగా ఉంటుంది.

సూపర్‌ సోనిక్‌ వేగం
ఒక వస్తువు వేగం ధ్వనివేగం కంటే ఎక్కువగా ఉన్నట్లయితే దానిని సూపర్‌ సోనిక్‌ వేగం అంటారు.
ఉదా: సూపర్‌ సోనిక్‌ విమానాలు. రాకెట్‌లు, క్షిపణులు మొదలైనవి సూపర్‌ సోనిక్‌ వేగంతో ప్రయాణిస్తాయి.
సూపర్‌ సోనిక్‌ వేగంను మాక్‌ సంఖ్య (Mach number) అనే ప్రమాణంతో కొలుస్తారు.
మాక్‌సంఖ్య = వస్తువు వేగం / ధ్వని వేగం
ఒక ధ్వని జనకం సూపర్‌ సోనిక్‌ వేగంతో ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు షాక్‌ తరంగాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఇవి అధిక శక్తిని తమ వెంట తీసుకువెళతాయి. వీటినే సోనిక్‌ బూమ్‌ అంటారు.

డాప్లర్‌ ప్రభావం
ధ్వని వేగం అనేది కింది అంశాలపై ప్రభావితమై ఉంటుంది.
1. ఉష్ణోగ్రత 2. పీడనం
3. సాంద్రత 4. ఆర్థ్రత