ch18

ध्वनी हा कंपनांमुळे निर्माण होतो. कोणतीही वस्तू कंपित झाल्यावर ध्वनी निर्माण करते.

• कंपन (Vibration): वस्तूची तिच्या मूळ स्थितीपासून होणारी पुढे-मागे होणारी गती.
• दोलनगती (Oscillatory Motion): एखादी वस्तू एका निश्चित बिंदूभोवती किंवा स्थितीभोवती नियमितपणे पुढे-मागे होणारी गती. उदा. घड्याळाचा लंबक, झोका.

दोलनाचा आयाम (Amplitude of Oscillation)

• व्याख्या: दोलन करणाऱ्या वस्तूची तिच्या मूळ स्थितीपासून (संतुलन स्थिती) कोणत्याही एका बाजूला होणारे जास्तीत जास्त विस्थापन म्हणजे दोलनाचा आयाम होय.
• उदाहरणे:
• रबरबँड: ताणलेला रबरबँड सोडून दिल्यावर तो कंपित होतो. मूळ स्थिती (A) पासून ताणलेल्या स्थितीपर्यंत (B) चे जास्तीत जास्त अंतर म्हणजे आयाम.
• लंबक (Pendulum): लंबकाच्या दोलनगतीमध्ये, लंबकाच्या मूळ स्थितीपासून (A) कोणत्याही एका बाजूला (B किंवा C) होणारे जास्तीत जास्त विस्थापन म्हणजे दोलनाचा आयाम. आकृतीमध्ये AB किंवा AC हा दोलनाचा आयाम आहे.
• बलाचा परिणाम:
• रबराला जास्त बल लावल्यास ते जास्त ताणले जाते, म्हणजेच आयाम वाढतो. यामुळे मोठा आवाज येतो.
• रबराला कमी बल लावल्यास ते कमी ताणले जाते, म्हणजेच आयाम कमी होतो. यामुळे लहान आवाज येतो.

स्थितिस्थापकता (Elasticity)

• व्याख्या: ताणलेली वस्तू सोडून दिल्यावर ती तिच्या मूळ स्थितीत परत येण्याच्या गुणधर्माला स्थितिस्थापकता म्हणतात.
• ध्वनी निर्मितीतील भूमिका: ताणलेल्या रबरबँडमध्ये कंपने निर्माण होतात तेव्हा स्थितिस्थापकता कार्य करत असते, ज्यामुळे ध्वनी निर्माण होतो.

गुरुत्वाकर्षणाचा परिणाम

• लंबकाचे दोलन होत असताना पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण कार्य करत असते, ज्यामुळे लंबक दोलन करतो.

दोलनगतीचे वर्णन करण्यासाठी दोलनकाळ आणि वारंवारिता या दोन महत्त्वाच्या संकल्पना वापरल्या जातात.

दोलनकाळ (Time Period - T)

• व्याख्या: दोलकाला एक दोलन पूर्ण करण्यासाठी लागणारा कालावधी म्हणजे दोलकाचा दोलनकाळ होय.
• उदा. लंबकासाठी: लंबकाला B या ताणलेल्या स्थितीपासून A या मूळ स्थितीकडे, तेथून C या स्थितीकडे, परत A कडे आणि A कडून पुन्हा B या स्थितीपर्यंत (B-A-C-A-B) हे अंतर कापण्यास लागणारा वेळ म्हणजे दोलकाचा दोलनकाळ (T).
• एकक: सेकंद (s).

वारंवारिता (Frequency - n)

• व्याख्या: दोलकाने एका सेकंदात पूर्ण केलेल्या दोलनांची संख्या म्हणजे दोलकाची वारंवारिता होय.
• सूत्र: $$n = \frac{1}{T}$$ (येथे T = दोलनकाळ)
• एकक: हर्ट्‌झ (Hz).
• 1 Hz म्हणजे एका सेकंदात एक दोलन.
• 100 Hz म्हणजे एका सेकंदात 100 दोलने.

पट्टीची दोलने आणि ध्वनी

• प्लास्टिकची मोजपट्टी टेबलावर दाबून तिचा काही भाग बाहेर ठेवून दाबून सोडल्यास ती दोलन करते आणि ध्वनी निर्माण होतो.
• निरीक्षणे:
• पट्टीच्या मोकळ्या भागाची लांबी कमी केल्यास वारंवारिता वाढते आणि आवाजात फरक पडतो.
• मोकळ्या भागाची लांबी जास्त असल्यास वारंवारिता कमी होते.
• निष्कर्ष: पट्टीच्या मोकळ्या भागाची लांबी आणि निर्माण होणाऱ्या ध्वनीची वारंवारिता यांचा संबंध आहे.

दोलकाची लांबी आणि दोलनकाळ/वारंवारिता

• प्रयोग: वेगवेगळ्या लांबीच्या दोलकांचे दोलनकाळ मोजून वारंवारिता काढणे.
• निष्कर्ष:
• दोलकाचा दोलनकाळ (T) हा दोलकाच्या लांबीवर अवलंबून असतो.
• दोलकाची लांबी वाढवल्यास दोलकाचा दोलनकाळ वाढतो.
• दोलकाची लांबी कमी केल्यास दोलकाचा दोलनकाळ कमी होतो.
• आयाम कमी-अधिक झाला तरी वारंवारिता कायम राहते. (हे एक महत्त्वाचे निरीक्षण आहे.)

ध्वनीची उच्चनीचता (Pitch) म्हणजे ध्वनी किती बारीक (उच्च) आहे की जाड (नीच) आहे हे ठरवणारा गुणधर्म.

तारेतून निर्माण होणाऱ्या ध्वनीची उच्चनीचता

• प्रयोग: लाकडी फळीवर ताणलेली तार घेऊन तिच्या कंपनांचे आणि ध्वनीचे निरीक्षण करणे.
• तारेचा ताण:
• तारेचा ताण वाढवल्यास तिची वारंवारिता वाढते आणि ध्वनी उच्च (बारीक) होतो.
• तारेचा ताण कमी केल्यास तिची वारंवारिता कमी होते आणि ध्वनी नीच (जाड) होतो.
• निष्कर्ष: ध्वनीची उच्चनीचता ही कंपनांच्या वारंवारितेवर अवलंबून असते. जास्त वारंवारिता म्हणजे उच्च ध्वनी, कमी वारंवारिता म्हणजे नीच ध्वनी.

ध्वनीची तीव्रता आणि पातळी

• ध्वनीचा लहान-मोठेपणा: ध्वनीची तीव्रता (Intensity) आणि ध्वनीची पातळी (Loudness) या दोन संज्ञा वापरल्या जातात.
• ध्वनीची पातळी (Loudness): आपल्या कानांना जाणवणारी ध्वनीची तीव्रता.
• ही ध्वनीच्या कंपनांच्या आयामाच्या वर्गाच्या प्रमाणात असते.
• उदाहरणार्थ: आयाम दुप्पट केल्यास ध्वनीची तीव्रता चौपट होते.
• एकक: ध्वनीची पातळी डेसिबेल (dB) या एककात मोजतात.
• डेसिबेल हे नाव अलेक्झांडर ग्रॅहम बेल या शास्त्रज्ञाच्या सन्मानार्थ दिले आहे.
• ध्वनीची तीव्रता दहा पटींनी वाढते तेव्हा ध्वनी पातळी 10 dB ने वाढते.

विविध ध्वनींच्या पातळीची उदाहरणे

| अ.क्र. | ध्वनीचा प्रकार | ध्वनी पातळी (dB) | |---|---|---| | 1. | ऐकू येण्याची सुरुवात | 0 dB | | 2. | सर्वसामान्य श्वासोच्छ्‌वास | 10 dB | | 3. | 5 मीटर अंतरावरून कुजबुजणे | 30 dB | | 4. | सर्वसामान्य दोघांतील संवाद | 60 dB | | 5. | व्यस्त असणारी वाहतूक | 70 dB | | 6. | सर्वसामान्य कारखाने | 80 dB | | 7. | जेट इंजिन | 130 dB | | 8. | कानठळ्या बसण्याची सुरुवात | 120 dB |

ध्वनी पातळीचे दुष्परिणाम

• 1000 Hz वारंवारितेचा व 100 dB पेक्षा अधिक पातळीच्या ध्वनीमुळे ऐकण्याच्या क्षमतेत तात्पुरता फरक पडू शकतो.
• यामुळे काही काळ बहिरेपणा येऊ शकतो. विमान इंजिनाजवळ काम करणाऱ्यांना हा अनुभव येतो.

आपल्याला ऐकू येणाऱ्या ध्वनीला श्राव्य ध्वनी (Audible Sound) म्हणतात.

• वारंवारिता मर्यादा: मानवी कानाला ऐकू येणाऱ्या ध्वनीची वारंवारिता 20 Hz ते 20,000 Hz या दरम्यान असते.
• या मर्यादेतील ध्वनीच आपण ऐकू शकतो.

काही ध्वनी आपल्याला ऐकू येत नाहीत, कारण त्यांची वारंवारिता मानवी श्रवण मर्यादेच्या बाहेर असते.

• व्याख्या: ज्या ध्वनीची वारंवारिता 20 Hz पेक्षा कमी असते, अशा ध्वनीला अवश्राव्य ध्वनी (Infrasonic Sound) असे म्हणतात.
• उदाहरणे:
• आपल्या हातांची हालचाल किंवा झाडावरून पाने गळून पडताना होणारी हालचाल, जरी दोलने होत असली तरी त्यांचा आवाज आपल्याला ऐकू येत नाही, कारण त्यांची वारंवारिता 20 Hz पेक्षा कमी असते.
• व्हेल मासे, हत्ती, गेंडा या प्राण्यांद्वारे 20 Hz पेक्षा कमी वारंवारितेचे ध्वनी काढले जातात.
• हत्ती 10 किमी अंतरापर्यंत अवश्राव्य ध्वनीद्वारे एकमेकांशी संवाद साधतात.
• प्राण्यांमधील उपयोग: कुत्री व इतर प्राण्यांना प्रत्यक्ष भूकंप होण्यापूर्वी त्याची चाहूल अवश्राव्य ध्वनीद्वारे लागते असा समज आहे.

अवश्राव्य ध्वनीप्रमाणेच, काही ध्वनींची वारंवारिता खूप जास्त असल्याने तेही आपल्याला ऐकू येत नाहीत.

• व्याख्या: 20,000 Hz पेक्षा अधिक वारंवारितेच्या ध्वनीला श्राव्यातीत किंवा स्वनातीत ध्वनी (Ultrasonic Sound) म्हणतात.
• मानवी श्रवण मर्यादा: अशा प्रकारचे ध्वनी मनुष्य ऐकू शकत नाही.
• प्राण्यांमधील श्रवण: काही प्राणी, उदाहरणार्थ कुत्रा, अशा प्रकारचे ध्वनी ऐकू शकतो.

श्राव्यातीत ध्वनीचे उपयोग

1. स्वच्छता: घड्याळाचे सूक्ष्म भाग तसेच नाजूक दागिन्यांची स्वच्छता करण्यासाठी.
2. वैद्यकीय:

• शरीरातील भाग पाहण्यासाठी (उदा. सोनोग्राफी).
• मेंदूतील गाठी ओळखण्यासाठी.

1. औद्योगिक: धातूंमधील दोष ओळखण्यासाठी.
2. संरक्षण: रडार यंत्रणेमध्ये याचा उपयोग होतो.
3. कीटक नियंत्रण: काही सूक्ष्मजीव व कीटक मारण्यासाठी.
4. समुद्री संशोधन: समुद्राचे तळ किंवा जहाजाची स्थिती ओळखण्यासाठी SONAR (Sound Navigation And Ranging) ही पद्धत वापरतात.

ध्वनी वारंवारिता आलेख

• हा आलेख ध्वनीची वारंवारिता (Hz) आणि अवश्राव्य, श्राव्य व श्राव्यातीत ध्वनींबद्दल माहिती देतो.
• अवश्राव्य: 0 Hz ते 20 Hz
• श्राव्य: 20 Hz ते 20,000 Hz
• श्राव्यातीत: 20,000 Hz पेक्षा जास्त

चुंबकत्व म्हणजे काही पदार्थांमध्ये चुंबकीय गुणधर्म निर्माण करणे. हे वेगवेगळ्या पद्धतींनी करता येते.

चुंबक बनवण्यासाठी वापरले जाणारे धातू

• लोह, कोबाल्ट व निकेल यांच्या संमिश्रांपासून चुंबक बनवतात.
• निपरमॅग: लोह, निकेल, ॲल्युमिनियम व टायटॅनियम यांच्या संमिश्रापासून बनवलेला चुंबक.
• अल्निको (Alnico): ॲल्युमिनियम, निकेल व कोबाल्ट यांच्यापासून बनवलेले चुंबकीय संमिश्र.

चुंबकत्व निर्माण करण्याच्या पद्धती

1. एकस्पर्शी पद्धत (Single Touch Method)

• कृती: एक पोलादी पट्टी टेबलावर ठेवा. एक पट्टीचुंबक घेऊन त्याचा 'N' ध्रुव पोलादी पट्टीच्या 'अ' टोकावर टेकवा आणि तो 'ब' टोकाकडे घासत न्या. पट्टीचुंबक उचलून पुन्हा त्याचा 'N' ध्रुव पोलादी पट्टीच्या 'अ' टोकाकडून 'ब' टोकाकडे घासत न्या. ही कृती 15 ते 20 वेळा करा.
• निरीक्षण: पोलादी पट्टी लोखंडी किसाजवळ नेल्यास ती त्याला आकर्षित करते. पट्टी दोऱ्याला मुक्तपणे टांगल्यास ती उत्तर-दक्षिण दिशेत स्थिर होते.
• निष्कर्ष: पोलादी पट्टीमध्ये चुंबकत्व निर्माण झालेले दिसते.
• गुणधर्म: या पद्धतीने निर्माण झालेले चुंबकत्व कमी क्षमतेचे व अल्पकालीन असते.

1. द्विस्पर्शी पद्धत (Double Touch Method)

• कृती: एक पोलादी पट्टी टेबलावर ठेवा. दोन पट्टीचुंबक घ्या. चुंबकीय पट्ट्यांचे दोन विजातीय ध्रुव पोलादी पट्टीच्या मध्यावर टेकवा. एका चुंबकीय पट्टीचा 'S' ध्रुव 'अ' टोकाकडे घासत न्या. त्याच वेळी दुसऱ्या चुंबकीय पट्टीचा 'N' ध्रुव 'ब' टोकाकडे घासत न्या. वरील कृती 15 ते 20 वेळा करा.
• निरीक्षण: पोलादी पट्टी लोखंडी किसाला आकर्षित करते आणि मुक्तपणे टांगल्यास उत्तर-दक्षिण दिशेत स्थिर होते.
• निष्कर्ष: पोलादी पट्टीमध्ये चुंबकत्व निर्माण झालेले दिसते.
• गुणधर्म: या पद्धतीने निर्माण होणारे चुंबकत्व एकस्पर्शी पद्धतीतून निर्माण होणाऱ्या चुंबकत्वापेक्षा दीर्घकाळ टिकते.

पृथ्वी स्वतः एक प्रचंड मोठा चुंबक आहे, हे विल्यम गिल्बर्ट या शास्त्रज्ञाने प्रयोगांच्या साहाय्याने सिद्ध केले.

पृथ्वीच्या चुंबकत्वाचे पुरावे

• मुक्तपणे टांगलेला चुंबक: मुक्तपणे टांगलेला चुंबक नेहमी दक्षिणोत्तर दिशेतच स्थिर राहतो. हे पृथ्वीच्या चुंबकत्वामुळे घडते.
• गिल्बर्टचा प्रयोग:
• गिल्बर्टने नैसर्गिक अवस्थेत आढळणारा चुंबकीय दगड घेऊन त्याला गोल आकार दिला.
• हा गोलाकार चुंबक मुक्तपणे फिरू शकेल अशा रीतीने टांगला.
• त्या गोलाकार चुंबकाजवळ पट्टीचुंबकाचा उत्तर ध्रुव आणला असता, चुंबकीय गोलाचा दक्षिण ध्रुव आकर्षित झाला.
• निष्कर्ष: टांगलेल्या चुंबकाचा उत्तर ध्रुव पृथ्वीच्या भौगोलिक उत्तर ध्रुवाच्या दिशेने स्थिरावतो. याचा अर्थ पृथ्वीच्या भौगोलिक उत्तर ध्रुवाजवळ एखाद्या प्रचंड चुंबकाचा दक्षिण ध्रुव आणि भौगोलिक दक्षिण ध्रुवाजवळ त्या चुंबकाचा उत्तर ध्रुव असायला पाहिजे.
• गिल्बर्टचे अनुमान: पृथ्वी हाच एक मोठा चुंबक आहे, परंतु या चुंबकाचा दक्षिण ध्रुव पृथ्वीच्या भौगोलिक उत्तर ध्रुवापाशी, तर चुंबकीय उत्तर ध्रुव पृथ्वीच्या भौगोलिक दक्षिण ध्रुवापाशी असला पाहिजे.

चुंबकसूची (Magnetic Needle) हे एक लहान चुंबक असते, जे दिशा शोधण्यासाठी वापरले जाते.

• रचना: चुंबकसूची ही एक लहान, हलकी चुंबकीय सुई असते जी तिच्या मध्यभागी एका अक्षावर मुक्तपणे फिरू शकते.
• कार्य: पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्रामुळे, चुंबकसूची नेहमी उत्तर-दक्षिण दिशेत स्थिर राहते.
• उपयोग: होकायंत्रात (Compass) चुंबकसूचीचा वापर दिशा शोधण्यासाठी केला जातो.

चुंबकसूचीचा प्रयोग

• कृती: एक चौरसाकृती पुठ्ठा घेऊन त्यावर दिशांची नोंद करा. पाण्याने भरलेले भांडे पुठ्ठ्याच्या मधोमध ठेवा. चुंबकत्व निर्माण झालेली एक सुई (चुंबकसूची) घ्या. जाड पुठ्ठ्याचा तुकडा घेऊन त्यावर ती चिकटपट्टीने चिकटवा. चुंबकसूची बसवलेला पुठ्ठ्याचा तुकडा भांड्यातील पाण्यावर ठेवा.
• निरीक्षण: चुंबकसूची नेहमी उत्तर-दक्षिण दिशा दाखवते.
• होकायंत्रातील निरीक्षण: होकायंत्र एके ठिकाणी ठेवून त्यातील चुंबकसूची स्थिर झाल्यावर ती जमिनीला समांतर न राहता जमिनीशी थोडा कोन करून उभी राहते. याला चुंबकीय नमन (Magnetic Dip) म्हणतात. हे पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्राच्या तिरकस स्वरूपामुळे होते.