भौतिकी (Physics) – अध्याय 12 :- ध्वनि तरंग (Sound Waves)

ध्वनि तरंग: संपूर्ण अध्ययन

1. ध्वनि तरंगों का आवृत्ति परिसर

ध्वनि तरंगें विभिन्न आवृत्तियों की हो सकती हैं, जिन्हें मुख्य रूप से तीन भागों में वर्गीकृत किया जाता है:

1. श्रव्य तरंगें (Audible Waves): ये वे ध्वनि तरंगें होती हैं, जिनकी आवृत्ति 20 Hz से 20,000 Hz के बीच होती है और मनुष्य इन्हें सुन सकता है।
2. अश्रव्य तरंगें (Infrasonic Waves): जिन ध्वनि तरंगों की आवृत्ति 20 Hz से कम होती है, उन्हें अश्रव्य तरंगें कहते हैं। हाथी और व्हेल जैसे कुछ जीव इन तरंगों को सुन सकते हैं।
3. पराश्रव्य तरंगें (Ultrasonic Waves): जिन ध्वनि तरंगों की आवृत्ति 20,000 Hz से अधिक होती है, उन्हें पराश्रव्य तरंगें कहते हैं। ये मानव कानों के लिए श्रव्य नहीं होतीं।

2. पराश्रव्य तरंगों के उपयोग

पराश्रव्य तरंगों का कई क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है:

• चिकित्सा क्षेत्र: सोनोग्राफी, लिथोट्रिप्सी
• संचार: सोनार प्रणाली
• उद्योग: वेल्डिंग, सफाई प्रणाली
• पशु जगत: चमगादड़ और डॉल्फिन इनका प्रयोग करते हैं

3. ध्वनि की चाल

ध्वनि की चाल माध्यम पर निर्भर करती है और इसकी गणना निम्नलिखित रूप में की जाती है: v=B/ρ जहां, v = ध्वनि की चाल, B = माध्यम का यंग माड्यूलस, \rho = घनत्व

4. ध्वनि की चाल पर प्रभाव

• दाब का प्रभाव: किसी गैस में ध्वनि की चाल दाब पर निर्भर नहीं करती क्योंकि दाब और घनत्व समानुपाती होते हैं।
• तापमान का प्रभाव: तापमान बढ़ने से ध्वनि की चाल बढ़ती है।
• आर्द्रता का प्रभाव: आर्द्रता बढ़ने से ध्वनि की चाल बढ़ती है क्योंकि जल वाष्प की घनत्व हवा से कम होती है।

5. ध्वनि के लक्षण

ध्वनि के मुख्य लक्षण इस प्रकार हैं:

1. प्रबलता (Amplitude): ध्वनि तरंग की ऊर्जा को इंगित करता है।
2. तारत्व (Pitch): ध्वनि की आवृत्ति पर निर्भर करता है। उच्च आवृत्ति की ध्वनि को तीव्र कहा जाता है।
3. गुणता (Quality or Timbre): ध्वनि की पहचान के लिए महत्वपूर्ण होती है।

6. ध्वनि की तीव्रता एवं प्रबलता

ध्वनि की तीव्रता और प्रबलता का संबंध निम्न प्रकार से दिया जाता है: I=P/A जहां, I = ध्वनि की तीव्रता, P = ध्वनि शक्ति, A = सतह का क्षेत्रफल

विशेषता	प्रबलता	ध्वनि की तीव्रता
परिभाषा	ध्वनि तरंग की अधिकतम विचलन सीमा	ध्वनि द्वारा उत्पन्न ऊर्जा
मात्रक	मीटर	वाट/मीटर²
प्रभाव	अधिक प्रबलता = अधिक ऊँची आवाज़	अधिक तीव्रता = अधिक ध्वनि ऊर्जा

7. ध्वनि से संबंधित प्रमुख घटनाएँ

1. प्रतिध्वनि (Echo): जब ध्वनि किसी सतह से टकराकर पुनः सुनाई देती है, तो उसे प्रतिध्वनि कहते हैं।
2. अनुनाद (Resonance): जब किसी वस्तु की प्राकृतिक आवृत्ति पर ध्वनि डाली जाती है, तो उसमें अनुनाद उत्पन्न होता है।
3. ध्वनि का व्यतिकरण (Interference): जब दो या अधिक ध्वनि तरंगें मिलती हैं, तो वे एक-दूसरे को बाधित या प्रवर्धित कर सकती हैं।
4. ध्वनि का विवर्तन (Diffraction): जब ध्वनि किसी अवरोध को पार करती है या छोटे छिद्रों से गुजरती है, तो वह मुड़ जाती है।

8. डॉप्लर प्रभाव

डॉप्लर प्रभाव वह घटना है, जिसमें ध्वनि स्रोत और पर्यवेक्षक की सापेक्ष गति के कारण ध्वनि की आवृत्ति में परिवर्तन होता है। f′=f(V+V_o / V−V_s) जहां,

• f’ = पर्यवेक्षक द्वारा सुनी गई आवृत्ति
• f = स्रोत की वास्तविक आवृत्ति
• v = माध्यम में ध्वनि की चाल
• v_o = पर्यवेक्षक की चाल
• v_s = स्रोत की चाल

9. मैक संख्या (Mach Number)

ध्वनि की चाल की तुलना किसी वस्तु की गति से करने के लिए मैक संख्या का उपयोग किया जाता है: M= V_object / V_sound जहां,

• M < 1: सबसोनिक गति
• M = 1: सोनिक गति
• M > 1: सुपरसोनिक गति

10. प्रघाति तरंग (Shock Waves)

जब कोई वस्तु ध्वनि की गति से अधिक गति प्राप्त कर लेती है, तो प्रघाति तरंगें उत्पन्न होती हैं, जो उच्च ऊर्जा वाली होती हैं और ध्वनि की तीव्रता को अत्यधिक बढ़ा देती हैं।

11. विभिन्न माध्यमों में ध्वनि की चाल (तालिका)

माध्यम	चाल (m/s)
वायु	343
जल	1482
एल्युमीनियम	6420
लोहा	5130
कांच	5640
इस्पात	5960

ध्वनि तरंगों पर 25 महत्वपूर्ण वस्तुनिष्ठ प्रश्न

1. ध्वनि तरंगें किस प्रकार की तरंगें होती हैं?
   (A) अनुप्रस्थ (Transverse)
   (B) अनुदैर्ध्य (Longitudinal)
   (C) यांत्रिक (Mechanical)
   (D) दोनों (B) और (C) ✅
2. वायु में ध्वनि की चाल किस पर निर्भर करती है?
   (A) दाब
   (B) तापमान ✅
   (C) घनत्व
   (D) सभी
3. जल में ध्वनि की चाल लगभग कितनी होती है?
   (A) 343 m/s
   (B) 1482 m/s ✅
   (C) 5960 m/s
   (D) 332 m/s
4. मनुष्य द्वारा श्रव्य ध्वनि की आवृत्ति सीमा क्या है?
   (A) 10 Hz – 10,000 Hz
   (B) 20 Hz – 20,000 Hz ✅
   (C) 50 Hz – 50,000 Hz
   (D) 100 Hz – 10,000 Hz
5. पराश्रव्य तरंगों की आवृत्ति कितनी होती है?
   (A) 0 Hz – 20 Hz
   (B) 20 Hz – 20,000 Hz
   (C) 20,000 Hz से अधिक ✅
   (D) इनमें से कोई नहीं
6. ध्वनि तरंगें किस माध्यम में सबसे अधिक गति से यात्रा करती हैं?
   (A) ठोस ✅
   (B) द्रव
   (C) गैस
   (D) निर्वात
7. निर्वात में ध्वनि की चाल कितनी होती है?
   (A) 343 m/s
   (B) 1482 m/s
   (C) 5960 m/s
   (D) शून्य ✅
8. ध्वनि तरंगों की गति का SI मात्रक क्या है?
   (A) m/s ✅
   (B) Hz
   (C) m²/s
   (D) s/m
9. ध्वनि तरंग की प्रबलता किस पर निर्भर करती है?
   (A) आयाम ✅
   (B) आवृत्ति
   (C) तरंगदैर्ध्य
   (D) इनमें से कोई नहीं
10. जब ध्वनि किसी सतह से टकराकर पुनः सुनाई देती है, तो इसे क्या कहते हैं?
    (A) अनुनाद
    (B) प्रतिध्वनि ✅
    (C) विवर्तन
    (D) व्यतिकरण
11. ध्वनि तरंगों की आवृत्ति किसमें मापी जाती है?
    (A) हर्ट्ज (Hz) ✅
    (B) न्यूटन (N)
    (C) जूल (J)
    (D) पास्कल (Pa)
12. डॉप्लर प्रभाव किससे संबंधित है?
    (A) ध्वनि की तीव्रता
    (B) ध्वनि की आवृत्ति में परिवर्तन ✅
    (C) ध्वनि की गुणवत्ता
    (D) ध्वनि की गूंज
13. उच्च आवृत्ति वाली ध्वनि को क्या कहा जाता है?
    (A) मंद
    (B) तीव्र ✅
    (C) प्रबल
    (D) शुष्क
14. प्रतिध्वनि सुनने के लिए न्यूनतम दूरी कितनी होनी चाहिए?
    (A) 10 मीटर
    (B) 17 मीटर ✅
    (C) 34 मीटर
    (D) 50 मीटर
15. किसी मध्यम में ध्वनि की चाल अधिकतम किस पर निर्भर करती है?
    (A) घनत्व
    (B) लोचता ✅
    (C) तापमान
    (D) दाब
16. सोनार का पूरा नाम क्या है?
    (A) Sound Navigation And Ranging ✅
    (B) Systematic Navigation And Recording
    (C) Sound and Noise Analyzing Radar
    (D) Sonic Navigation And Recording
17. डॉल्फिन और चमगादड़ कौन सी ध्वनि तरंगों का उपयोग करते हैं?
    (A) श्रव्य तरंगें
    (B) पराश्रव्य तरंगें ✅
    (C) अश्रव्य तरंगें
    (D) रेडियो तरंगें
18. जब ध्वनि दो माध्यमों से होकर गुजरती है, तो उसकी कौन सी विशेषता अपरिवर्तित रहती है?
    (A) चाल
    (B) आवृत्ति ✅
    (C) तरंगदैर्ध्य
    (D) आयाम
19. किसी ध्वनि स्रोत की ऊँचाई की पहचान किस विशेषता से होती है?
    (A) तारत्व ✅
    (B) प्रबलता
    (C) गूँज
    (D) आवृत्ति
20. संगीत और शोर में मुख्य अंतर क्या है?
    (A) आवृत्ति
    (B) ध्वनि की तीव्रता
    (C) ध्वनि का क्रमबद्धता ✅
    (D) इनमें से कोई नहीं
21. जब कोई विमान ध्वनि की चाल से तेज गति करता है, तो कौन सी तरंग उत्पन्न होती है?
    (A) अनुनाद
    (B) प्रघाति तरंग ✅
    (C) विवर्तन
    (D) व्यतिकरण
22. किसी मध्यम में ध्वनि की चाल किसके समानुपाती होती है?
    (A) घनत्व के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती ✅
    (B) घनत्व के वर्गमूल के समानुपाती
    (C) दबाव के समानुपाती
    (D) तापमान के समानुपाती
23. जल में ध्वनि की चाल वायु से कितनी गुना अधिक होती है?
    (A) 2 गुना
    (B) 4 गुना
    (C) 5 गुना ✅
    (D) 10 गुना
24. “बर्नौली प्रमेय” का प्रयोग किससे संबंधित है?
    (A) जल की गति
    (B) वायु का दाब ✅
    (C) ध्वनि तरंगें
    (D) चुंबकीय क्षेत्र
25. टेलीफोन और माइक्रोफोन में किस सिद्धांत का उपयोग किया जाता है?
    (A) विद्युत प्रेरण
    (B) अनुनाद
    (C) ध्वनि तरंगों का रूपांतरण ✅
    (D) सुपरपोजिशन

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