ధ్వని తరంగాలు ధర్మాలు

వక్రీభవనం

* తరంగం ఒక యానకం నుంచి మరొక యానకంలోకి ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు, యానకాలు వేరయ్యే తలం వద్ద రుజు మార్గంలో కాకుండా వంగి ప్రయాణిస్తుంది. ఈ ధర్మాన్ని వక్రీభవనం అంటారు. వేర్వేరు యానకాల్లో ధ్వని వేర్వేరు వేగాలతో ప్రయాణించడం వల్ల వక్రీభవనం ఏర్పడుతుంది.

* ధ్వని వేగం ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఉండే గాలిలో అధికంగా, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఉండే గాలిలో తక్కువగా ఉంటుంది. అందుకే ధ్వని తరంగాలు అల్ప ఉష్ణోగ్రత ప్రాంతాల్లోకి వక్రీభవనం చెందుతాయి. సముద్ర ఉపరితలంపై చేపలు పట్టే జాలర్లు దీన్ని సులభంగా గుర్తిస్తారు. సాధారణంగా ధ్వని అన్ని దిశల్లో ప్రయాణిస్తుంది.

*  రాము, హరి వేర్వేరు పడవల్లో కొద్ది దూరంలో ప్రయాణిస్తున్నారు. రాము హరిని గట్టిగా పిలిచాడు... రాము ధ్వని తరంగాల్లో ఒకటి నేరుగా వెళ్తే, రెండోది పై దిశలో వెళ్లేందుకు ప్రయత్నించి, వక్రీభవనం చెంది హరికి చేరుతుంది. ఈ ధ్వని హరికి చాలా దగ్గర నుంచి పిలిచినట్లు వినిపిస్తుంది.

* చల్లగా ఉండే ఉదయం, సాయంత్రం సమయాల్లో పై అంతస్తుల నుంచి వచ్చే ధ్వనులు కింది వైపు వక్రీభవనం చెందితే, వేడిగా ఉండే మధ్యాహ్న సమయంలో గ్రౌండ్‌ ఫ్లోర్‌ ధ్వనులు పై అంతస్తుల్లోకి వక్రీభవనం చెందుతాయి.

ధ్వనిలో సంపూర్ణాంతర పరావర్తనం 

* సాంద్రతర యానకం నుంచి విరళ యానకంలోకి ప్రయాణించే కాంతి పతన కోణం (i), సందిగ్ధ కోణం (c) కంటే ఎక్కువైతే ( i > c) , అది రెండో యానకంలోకి వక్రీభవనం చెందకుండా మొదటి యానకంలోకే పర్తావర్తనం చెందుతుంది. దీన్నే కాంతి సంపూర్ణాంతర పరావర్తనం (Total internal reflection) అంటారు. ఇదే విషయాన్ని ధ్వనిలో కూడా గమనిస్తాం.

* ధ్వని వేగం సాంద్రతర యానకంలో తక్కువగా, విరళ యానకంలో ఎక్కువగా ఉంటుంది. 

* ధ్వని ఎక్కువ వేగం ఉండే ప్రాంతానికి వెళ్లే తలం వద్ద సంపూర్ణాంతర పరావర్తనం చెందుతుంది. ఈ ధర్మం ఆధారంగా సముద్రం లోపల ప్రయాణించే సబ్‌మెరైన్లు సోనార్ల నుంచి తప్పించుకుని/ దాక్కొని (hide) ప్రయాణిస్తాయి.

* ఒకటో తరంగం సోనార్‌ నుంచి వచ్చే అతి ధ్వనిని సూచిస్తుంది. ఇది లోతుకు వెళ్లే కొద్దీ లంబానికి దగ్గరగా వంగి సబ్‌మెరైన్‌పై (జలాంతర్గామి) పతనం చెందుతుంది. సబ్‌మెరైన్‌ నుంచి పరావర్తనం చెందిన ధ్వని రెండు పొరల మధ్య వక్రీభవనం చెందుతూ, ఒక ప్రత్యేక పతనకోణం వద్ద పొరల మధ్య ఉండే తలంతో సంపూర్ణాంతర పరావర్తనం చెందుతుంది. జలాంతర్గామి ఉనికిని కనుక్కునే అతిధ్వని తరంగం తిరిగి సముద్రంలోకే పరావర్తనం చెందడం వల్ల సోనార్‌ వాటిని గుర్తించలేదు.

వివర్తనం (Diffraction)

* ధ్వని తరంగదైర్ఘ్యం  (λ) కంటే తక్కువ లేదా సమాన పరిమాణంలో ఉండే ద్వారాలు (apertures) అంచుల వద్ద ధ్వని తరంగం వంగి ప్రయాణించే ధర్మాన్ని వివర్తనం అంటారు. 

*  చిన్నపిల్లలు దాగుడుమూతలు ఆడేటప్పుడు ఈ ధర్మం ఉపయోగపడుతుంది. పెద్ద చెట్టు కాండం వెనకాల లేదా పెద్ద గోడ మలుపునకు రెండో వైపు నిలబడిన వ్యక్తి బిగ్గరగా అంకెలు లెక్కపెట్టేటప్పుడు అతడి మాటలు కాండం, మలుపుల వద్ద వివర్తనం చెంది దూరంగా ఉండే పిల్లలకు వినిపిస్తాయి.

* వరుసగా ఉండే తరగతి గదుల మధ్య గోడలు ఉన్నప్పటికీ ఒక గదిలో పిల్లలు చేసే అల్లరి పక్క గదిలోకి వివర్తనం వల్లచేరుతుంది.

* గది గోడకు ఉండే చిన్న రంధ్రాల ద్వారా గదిలోని మాటలు బయటి వారికి వివర్తనం ద్వారా వినిపిస్తాయి. 

*  సాధారణంగా కాంతి కంటే ధ్వని తరంగదైర్ఘ్యం విలువ ఎక్కువ. కాబట్టి ద్వారాలు, కిటీకీల ద్వారా కూడా వివర్తనం జరుగుతుంది.
ధ్రువణం (Polarization)

* ధ్రువణం తిర్యక్‌ తరంగ స్వభావం. గాలిలో ధ్వని తరంగాలు అనుదైర్ఘ్య తరంగాలుlongitudinal waves) కాబట్టి, ధ్వని విషయంలో ధ్రువణం ఉండదు. అయితే కాంతి తరంగాలు విద్యుదయస్కాంత తిర్యక్‌ తరంగాలు. కాబట్టి కాంతి ధ్రువణాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది

డాప్లర్‌ ప్రభావం 

* రైల్వే స్టేషన్‌ ప్లాట్‌ఫాంపై నుంచున్న వ్యక్తిని సమీపిస్తున్న రైలు కూత పౌనఃపున్యం పెరిగినట్లుగా, అదే రైలు తన నుంచి దూరంగా వెళ్తే పౌనఃపున్యం తగ్గినట్లుగా అనిపిస్తుంది. ఇలా కాకుండా, కదలకుండా ఉండే రైలు ఇంజిన్‌ వైపు కారులో ప్రయాణిస్తున్న పరిశీలకుడికి  పౌనఃపున్యం పెరిగితే, ఇంజిన్‌ నుంచి దూరంగా వెళ్తున్న కార్లోని వ్యక్తికి ఇంజిన్‌ కూత పౌనఃపున్యం తగ్గుతుంది.

* పరిశీలకుడు (o) ధ్వని జనకం (s) మధ్య సాపేక్ష చలనం (relative motion) ఉన్నప్పుడు, పరిశీలకుడు వినే పౌనఃపున్యంలో దృశ్య మార్పు రావటాన్ని డాప్లర్‌ ప్రభావం లేదా ఫలితం (Doppler effect) అంటారు. 

* పరిశీలకుడు n (నిజ) పౌనఃపున్యాన్ని n' పౌనఃపున్యంతో వింటే, 

v = గాలిలో ధ్వని వేగం, vo = పరిశీలకుడి వేగం,vs = ధ్వని జనక వేగం

*ధ్వనిలో డాప్లర్‌ ప్రభావాన్ని విద్యుదయస్కాంత తరంగాలైన కాంతి, రేడియో తరంగాలు, మైక్రో తరంగాల్లో కూడా గమనించవచ్చు.

*నక్షత్రం లేదా తోకచుక్క భూమివైపు ప్రయాణిస్తుంటే దాని నుంచి వచ్చే కాంతి పౌనఃపున్యం క్రమంగా పెరుగుతుంది (తరంగదైర్ఘ్యం క్రమంగా తగ్గుతుంది). దాని రంగు ఎరుపు నుంచి నీలం వైపు విస్తాపనం (shift) అవుతుంది. దీన్నే నీలి విస్తాపనం అంటారు. 

* నక్షత్రం లేదా తోకచుక్క  భూమి నుంచి దూరంగా పోతే, దాని రంగు నీలం నుంచి ఎరుపుగా మారుతుంది. దీన్నే అరుణ విస్తాపనం (red shift) అంటారు. అరుణ విస్తాపనం విశ్వం వ్యాప్తి చెందుతోందని నిరూపించింది.

* డాప్లర్‌ ప్రభావం ఆధారంగా విమానాలు, క్షిపణులు, వాహనాల వేగాన్ని గుర్తించొచ్చు.

* అతిధ్వనులతో డాప్లర్‌ ప్రభావాన్ని వినియోగించి వైద్యులు ధమనులు, సిరల్లో రక్త వేగాన్ని కనుక్కుని గుండె పనితీరును అంచనా వేస్తారు.

*వేగంగా ఆత్మ భ్రమణం చెందే నక్షత్రం ఒక వైపు నుంచి వచ్చే కాంతిలో ఎరుపు విస్తాపనం (మన నుంచి దూరంగా వెళ్లే భ్రమణం దిశ) మరోవైపు నుంచి నీలి విస్తాపనాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది. దీన్ని ఆధారంగా చేసుకుని ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలు నక్షత్ర ఆత్మభ్రమణరేటుని (spin rate) లెక్కిస్తారు. 

* డాప్లర్‌ వెదర్‌ రాడార్స్‌ సహాయంతో వాతావరణంలో వేగంగా వీచే పవనాల వేగాన్ని కనుక్కుంటారు.

విస్పందనాలు (Beasts)

* పౌనఃపున్యంలో స్వల్ప లేదా (< 10) తో ఉండే ధ్వనుల వ్యతికరణం వల్ల కలిగిన ధ్వని వృద్ధి, క్షయాలను కలిపి ఒక విస్పందనం అంటారు.

* రెండు ధ్వనుల పౌనఃపున్యాలు n1,n2 అయితే వాటి వల్ల ఒక సెకను కాలంలో ఏర్పడే విస్పందనాల సంఖ్య పౌనఃపున్యాల వ్యత్యాసానికి (Δn) సమానం.

*మానవుడి చెవి ఒక సెకన్‌లో వినే గరిష్ఠ విస్పందనాల సంఖ్య 10. దీన్ని వినికిడి స్థిరత (persistence of hearing) వివరిస్తుంది.

Δn = 1 / Δt ; Δt = 0.1 సెకన్‌ కాబట్టి

Δn = 10/ సెకన్‌
విస్పందనాల ఉపయోగాలు 
* తెలియని పౌనఃపున్యాన్ని తెలుసుకోవచ్చు.

* గనుల్లో వెలువడే విషవాయువులను గుర్తించవచ్చు. దీని కోసం ఒకే రకమైన గొట్టాలను తీసుకొని ఒకదానిలో స్వచ్ఛమైన గాలిని మరోదానిలో గనిలో నుంచి వచ్చే గాలిని నింపుతారు. రెండు గొట్టాల్లోని గాలిని ఒకే పౌనఃపున్యంతో కంపింపజేస్తారు. ఎలాంటి విస్పందనాలు రాకపోతే గనిలోని గాలి స్వచ్ఛమైందని అర్థం. విస్పందనాలు ఏర్పడితే విషవాయువులు వెలువడుతున్నాయని గ్రహిస్తారు.

* సంగీత కచేరీకి ముందు వాయిద్యాలను శృతి చేసేందుకు విస్పందనాలను ఉపయోగిస్తారు.

* సినిమాల్లో ప్రత్యేక ధ్వనులను ఉత్పత్తి చేయడానికి వాడతారు.
వ్యతికరణం (Interferences)

* రెండు ఒకే రకమైన ధ్వని తరంగాలు, యానకంలోని ఒకే ప్రాంతం ద్వారా ఒకే దిశలో ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు అవి పరస్పరం ఆధ్యారోపణం చెందుతాయి. ఫలితంగా తుది ధ్వని తీవ్రతలో వరుసగా హెచ్చుతగ్గులు వస్తాయి. ఈ ప్రక్రియను వ్యతికరణం అంటారు.

* కాంతి విషయంలో వ్యతికరణం వల్ల వరుస కాంతి, చీకటి పట్టీలు ఏర్పడతాయి.

* రెండు తరంగాల సంపీడనాలు లేదా విరళీకరణాలు కలిస్తే ఫలిత ధ్వని తీవ్రతలో వృద్ధి ఏర్పడుతుంది. దీన్ని నిర్మాణాత్మక వ్యతికరణం (constructive interface)  అంటారు.

*  రెండు ధ్వనుల్లో ఒకదాని సంపీడనం మరొకదాని విరళీకరణాన్ని కలిస్తే ఫలితంగా ధ్వని తీవ్రత తగ్గుతుంది. దీన్నే వినాశనాత్మక వ్యతికరణ (destructive interface) అంటారు.

* వ్యతికరణం శక్తి నిత్యత్వ నియమాన్ని పాటిస్తుంది. వ్యతికరణంలో శక్తి సృష్టి లేదా నాశనం జరగదు. దీనికి బదులుగా శక్తి పునర్విభజన (redistribution)జరుగుతంది.