తరంగాలు (ధ్వని)

‣ కణాలను కలిగి ఉన్న ప్రావస్థ లేదా పదార్థాలను 'యానకం' అని అంటారు. ఈ యానకం ఘన, ధ్రవ, వాయుస్థితుల్లో ఉండవచ్చు.
   ఘనస్థితి యానకం: మంచు, ఇనుము మొదలైనవి
   ద్రవస్థితి యానకం: నీరు, ఆల్కహాల్ మొదలైనవి
   వాయుస్థితి యానకం: గాలి, హైడ్రోజన్ మొదలైనవి
‣ యానకంలో కలిగే అలజడినే 'తరంగం' (WAVE) అని అంటారు.
‣ వాస్తవిక, భౌతిక బదిలీ లేకుండా లేదా ద్రవ్యం మొత్తంగా ప్రవహించకుండా చలించే అలజడులను 'తరంగాలు'
అంటారు.
‣ తరంగాలు ఒక ప్రదేశం నుంచి మరొక ప్రదేశానికి శక్తిని బదిలీ చేస్తాయి.
‣ తరంగాలు శక్తి రవాణాలను సూచిస్తాయి.
‣ అన్ని సంసర్గాలు (Communications) తప్పనిసరిగా తరంగాల ద్వారా జరిగే సంకేతాల ప్రసారాలపై ఆధారపడతాయి.
‣ తరంగాలు రెండు రకాలు
    1. యాంత్రిక తరంగాలు
    2. విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు.
‣ తరంగ ప్రసరణకు 'యానకం' అవసరమైనటువంటి తరంగాలను యాంత్రిక తరంగాలు అని అంటారు.
‣ యానకం, శూన్యంలో కూడా ప్రసరించే తరంగాలను విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు అని పిలుస్తారు.
‣ యానకం లేని ప్రదేశాన్ని 'శూన్యం' అని అంటారు.
‣ యాంత్రిక తరంగాలు శూన్యంలో ప్రయాణించలేవు.
‣ తీగపై తరంగాలు, నీటి తరంగాలు, ధ్వని తరంగాలు, భూకంప తరంగాలు అనేవి యాంత్రిక తరంగాలు. ఇవి శూన్యంలో ప్రయాణించలేవు. వాటిలో ఆంగిక (Constituent) కణాలకు డోలనాలు ఉంటాయి.
‣ ఆంగిక కణాలు యానకం స్థితిస్థాపకతపై ఆధారపడి ఉంటాయి.
 

ధ్వని
 

‣ ధ్వని ఒక శక్తి స్వరూపం. ఇది కంపిస్తున్న తరంగాల రూపంలో అన్ని దిశల్లో ప్రయాణిస్తుంది. ఈ తరంగాలు మన చెవిలో కర్ణభేరిని 1/10 సెకన్ల కాలంలో తాకినట్లయితే మానవుడికి వినికిడి జ్ఞానం కలుగుతుంది.
‣ కంపించే కణాలు ఉన్న పదార్థాల్లో మాత్రమే ధ్వని జనించి ఒక బిందువు నుంచి మరొక బిందువుకు ప్రయాణిస్తుంది.
    ఉదా: ఇనుము, ఇత్తడి, రాగి మొదలైనవి.
‣ కంపించేందుకు వీలులేని కణాలు ఉన్న పదార్థాల్లో ధ్వని జనించదు, ప్రయాణించజాలదు.
    ఉదా: స్వచ్ఛమైన ప్లాస్టిక్ వస్తువులు, రబ్బరు, వరిపొట్టు, రంపపు పొట్టు, దూది బట్టలు, థర్మోకోల్ మొదలైనవి.
‣ ఇటువంటి పదార్థాలను ఉపయోగించి 'సౌండ్ ప్రూఫ్ రూమ్స్‌'ని నిర్మిస్తారు.
‣ ధ్వని తరంగాలు ప్రయాణించేందుకు యానకం అవసరం కాబట్టి ఎటువంటి యానకం లేని శూన్య ప్రదేశంలో ధ్వని వేగం శూన్యంగా ఉంటుంది. దీన్ని నిరూపించిన వారు 'రాబర్ట్ బాయిల్'.
‣ ఎటువంటి యానకం లేని విశ్వాంతరాళంలో, చంద్రునిపై ధ్వనివేగం శూన్యం.
ఉదా: చంద్రునిపై తూపాకి పేల్చినప్పుడు, అణుబాంబులు విస్ఫోటనం చెందినప్పుడు వెలవడే ధ్వనిని వినలేము.
‣ చంద్రునిపై అనునాద ప్రయోగం 'రెసోనెన్స్ ఎక్స్‌పరిమెంట్', సంగీత కచేరి చేయలేము.
‣ చంద్రునిపై వాతావరణం లేకపోవడం వల్ల పగలు, రాత్రి సమయంలో ఎప్పుడైనా నిశ్శబ్దంగా ఉంటుంది.
‣ చంద్రునిపై సగటు పగటి ఉష్ణోగ్రత 100ºC ఉంటుంది.
‣ కంపించే ప్రతి వస్తువు నుంచి ధ్వని పుడుతుంది.
 

శ్రావ్య అవధి

‣ ఆరోగ్యవంతుడైన మానవుడు 20 Hz నుంచి 20,000 Hz వరకు ధ్వని తరంగాలు మాత్రమే వినగలడు. ఈ అవధిని 'శ్రావ్య అవధి' అని ఈ తరంగాలను 'శ్రావ్య తరంగాలు' అని అంటారు.
 

పరశ్రావ్యాలు

‣ శ్రావ్య అవధిలో 20 Hz కంటే తక్కువ పౌనఃపున్యం ఉన్న తరంగాలను 'పరాశ్రావ్యాలు' అంటారు. వీటిని నేలపై ఉన్న పాము, సముద్రంలో ఉన్న తిమింగలాలు, కుక్కలు వినగలవు.
‣ పరశ్రావ్యాలు ఉత్పత్తి చేసేందుకు అత్యధిక శక్తి ఉన్న వస్తువులు అవసరం. కాబట్టి ఈ తరంగాలను సాధారణంగా భూమి కంపించినప్పుడు, అణుబాంబులు విస్ఫోటనం చెందినప్పుడు, భారీ వాహనం అత్యధిక లగేజీని మోసుకెళ్తున్నప్పుడు ఈ తరంగాలు జనిస్తాయి.
 

అతిధ్వనులు
‣ శ్రావ్య అవధిలో 20,000 Hz కంటే ఎక్కువ పౌనఃపున్యం ఉన్న తరంగాలను 'అతిధ్వనులు' అంటారు. వీటిని ప్రయోగశాలలో ఫిజో (PIEZEVO) విద్యుత్ ఫలితం పద్ధతిలో తయారు చేస్తారు.
‣ అతిధ్వనులను కుక్క 50 వేల HZ వరకు, గబ్బిలం, తాబేలు, డాల్ఫిన్లు 1,00,000 Hz వరకు వినగలవు.
 

అనువర్తనాలు లేదా ఉపయోగాలు
‣ పాలలో, నీటిలో ఉన్న బ్యాక్టీరియాను నశింపచేసేందుకు
‣ సముద్రం లోతు కనుగొనేందుకు ఉపయోగించే సోనార్‌లో SONAR: Sound Navigation and Ranging.
‣ మొదట సోనార్‌ను నిర్మించిన వారు - నిక్సన్ (NIXON).
‣ 0ºCల నీటి ఉపరితలంపై ఈ తరంగాలను పంపినప్పుడు 100ºC వద్ద మరుగుతున్న స్థితిని పొందుతుంది.
‣ దోమలను పారదోలేందుకు, చేపలను వేటాడేందుకు
‣ విరిగిన దంతాలను తొలగించేందుకు, సోల్డరింగ్‌లో
‣ కిడ్నీలో ఏర్పడిన రాళ్లను కరిగించడానికి
‣ శరీర అంతర్భాగాలను స్కానింగ్ చేసేందుకు (అల్ట్రా స్కానింగ్)
‣ లోహఫలకం, పైపులు, బాయిలర్లలో పగుళ్లు ఏర్పడిన వాటిని గుర్తించేందుకు
‣ సముద్రంలో చేపలు ఎక్కువగా లభించే ప్రాంతాలను గుర్తించేందుకు ఈ తరంగాలను వాడతారు.
 

తరంగాలు
‣ శక్తిని ఒక బిందువు నుంచి మరో బిందువుకు మోసుకొని పోయేదాన్ని తరంగం అని అంటారు.
          
తరంగం - లక్షణాలు
1) కంపన పరిమితి: కంపిస్తున్న కణం తన మధ్య బిందువు నుంచి పొందిన గరిష్ఠ స్థానభ్రంశాన్ని 'కంపన పరిమితి' అంటారు.
    ప్రమాణాలు: మి.మీ., సెం.మీ., మీ. మొదలైనవి.
2) తరంగదైర్ఘ్యం [Wave Length]: రెండు వరుస శృంగాలు లేదా ద్రోణుల మధ్య దూరాన్ని తరంగదైర్ఘ్యం అంటారు.
    దీని ప్రమాణాలు: మి.మీ., సెం.మీ., మీ.
    చిన్న ప్రమాణం - ఆంగ్‌స్ట్రాం యూనిట్‌లు
     1 Angstrom = 10^-8 సెం.మీ. [లేదా] 10-10 సెం.మీ.
3) ఆవర్తన కాలం: కంపిస్తున్న కణం ఒక కంపనం పూర్తి చేసేందుకు పట్టే కాలాన్ని 'ఆవర్తన కాలం' అంటారు. దీన్ని (T) తో సూచిస్తారు.
    ప్రమాణాలు: సెకన్లు, నిమిషాలు, గంటలు, రోజులు మొదలైనవి.
4) పౌనఃపున్యం (Frequency): ఒక వస్తువు సెకను కాలంలో చేసే కంపనాల సంఖ్యను 'పౌనఃపున్యం' అంటారు.
    ప్రమాణం: హెర్ట్జ్ (Hertz)
   
   f = పౌనఃపున్యం
  T = ఆవర్తనకాలం
 

తరంగాలు - రకాలు
 స్వభావాన్ని బట్టి తరంగాలు రెండు రకాలు
    1 విద్యుత్ అయస్కాంత తరంగాలు
    2 యాంత్రిక తరంగాలు
1. విద్యుత్ అయస్కాంత తరంగాలు:
 ఈ తరంగాలు ప్రయాణించేందుకు ఎటువంటి యానకం అవసరం లేదు. అంటే యానకంలో, శూన్యంలో కూడా ఈ తరంగాలు ప్రయాణిస్తాయి.
ఉదా: పరారుణ కిరణాలు, మైక్రో తరంగాలు, కాంతి తరంగాలు, x - కిరణాలు, రేడియో తరంగాలు, γ కిరణాలు మొదలైనవి.
 ఈ తరంగాల వేగం శూన్యంలో, గాలిలో కాంతివేగానికి సమానంగా ఉంటుంది.
                              C = 3 × 10⁸ మీ./సె.

2. యాంత్రిక తరంగాలు
 ఈ తరంగాలు ప్రయాణించేందుకు 'యానకం' అవసరం కాబట్టి ఎటువంటి యానకం లేని శూన్య ప్రదేశంలో ఈ తరంగాల వేగం శూన్యం. ఉదా: ధ్వని తరంగాలు.
 సాధారణంగా తరంగాలు రెండు
1. అనుదైర్ఘ్య తరంగాలు
2. తిర్యక్ తరంగాలు
1. అనుదైర్ఘ్య తరంగాలు:
 తరంగ ప్రసరణ దిశ, యానకంలోని కణాల కదలిక దిశ రెండూ ఒకే దిశలో ఉంటాయి.
 దైర్ఘ్య తరంగాల్లో కంపించే వాయు కణాల సాంద్రత అధికంగా ఉన్న బిందువును 'సంపీడనం' అని, తక్కువగా ఉన్న బిందువును 'విరళీకరణం' అని అంటారు.
ఉదా: గాలిలో ధ్వని తరంగాలు ఎప్పుడూ దైర్ఘ్య తరంగాలే.
 రెండు వరుస సంపీడనాలు లేదా విరళీకరణాల మధ్య దూరాన్ని 'తరంగదైర్ఘ్యం' అంటారు. దీన్ని  తో సూచిస్తారు.
2. తిర్యక్ తరంగాలు:
 తరంగ ప్రసరణ దిశ, యానకంలోని కణాల కదలిక లంబంగా ఉంటాయి.
 గరిష్ఠ శక్తి ఉన్న బిందువును శృంగం అనీ, కనిష్ఠ శక్తి ఉన్న బిందువును ద్రోణి అనీ అంటారు.   

ఉదా: 1. ఘన, ద్రవ పదార్థాల్లో ధ్వని తరంగాలు, తిర్యక్ తరంగాల లాగా ప్రయాణిస్తాయి.
         2. కాంతి తరంగాలు అన్ని పారదర్శక పదార్థాలు (గాలి, నీరు, గాజు)లో తిర్యక్ తరంగాల రూపంలో ప్రయాణిస్తాయి. ఎందుకంటే కాంతి జనించడం, ప్రయాణించడం తిర్యక్ తరంగాల రూపంలో ఉంటుంది.
 

ధ్వని - ధర్మాలు
అనునాదం
 సమాన సహజ పౌనఃపున్యాలు ఉన్న రెండు వస్తువులు ఒకదాని ప్రభావంతో మరొకటి అధిక కంపన పరిమితితో కంపించడాన్ని అనునాదం అంటారు.
 అనునాదం జరగాలంటే రెండు వస్తువుల పౌనఃపున్యాలు సమానం అవ్వాలి.
అనువర్తనాలు:
* పిల్లనగ్రోవి, ఈల, ట్రాన్సిస్టరు రేడియో పని చేసేందుకు ఈ ధర్మం వాడతారు.
* ఒక వాహనం నిర్దిష్టమైన వేగాన్ని అధిగమించిన తర్వాత దాని ఇంజిను నుంచి వెలువడే శబ్ద పౌనఃపున్యం, వాహనం సహజ పౌనఃపున్యానికి సమానమైనప్పుడు అనునాదం వల్ల ప్రత్యేకమైన శబ్దం వస్తుంది. దీన్ని Cratling of sound అంటారు.
* ఒక గాజుపలక పౌనఃపున్యానికి సమానమైన పౌనఃపున్యం ఉన్న స్వరాన్ని ఆలపించినప్పుడు. అనునాదం వల్ల ఆ గాజుపలక పగిలిపోతుంది
* కవాతు చేస్తూ చిన్న వంతెనను సమీపిస్తున్న సైనికులను కవాతు ఆపమని చెబుతారు. ఎందుకంటే అనునాదం వల్ల బ్రిడ్జి కూలిపోయే ప్రమాదం ఉంది.
* అనునాదం చెందే గాలి స్తంభాలను ఉపయోగించి గాలిలో ధ్వని వేగాన్ని లెక్కించే సూత్రం V = 2υ(l₂ - l₁)
υ శృతి దండం పౌనఃపున్యం, l₁, l₂ = నీటి మట్టాలు