Physics | కణాల కంపనచలనం.. అధిక తరంగ ధైర్ఘ్యం

• ధ్వని ఒక శక్తి స్వరూపం
• కంపిస్తున్న వస్తువులు ధ్వనులను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.
• ధ్వని కంపిస్తున్న కణాల్లో జనించి తరంగాల రూపంలో అన్ని దిశల్లో ప్రయాణిస్తుంది.
• ఈ ధ్వని తరంగాలు మన చెవిలోని కర్ణభేరిని కనీసం సెకన్ల కాలంపాటు తాకినట్లయితే వినికిడి జ్ఞానం కలుగుతుంది.
• కంపించడానికి వీలైన కణాలున్న వస్తువుల్లో మాత్రమే ధ్వని జనించి ప్రయాణిస్తుంది. ఉదా: ఇనుము, ఉక్కు, కంచు మొదలైనవి.
• కంపించడానికి వీలులేని కణాలు ఉన్న వస్తువుల్లో ధ్వని జనించదు. ప్రయాణించదు. ఉదా: రబ్బరు , 100 శాతం ప్లాస్టిక్‌ పదార్థాలు, రంపపు పొట్టు, వరిపొట్టు మొదలైనవి.
• ధ్వని ప్రయాణించడానికి యానకం అవసరం. ఎటువంటి యానకం లేని విశ్వాంతరాళంలో చంద్రుడిపై ధ్వని వేగం శూన్యం.
• ఉదాహరణకు చంద్రుడిపై తుపాకీని పేల్చినపుడు (లేదా) బాంబులు విస్ఫోటనం చెందినపుడు వెలువడే శబ్ద తరంగాలను వినలేం.
• చంద్రుడిపై సంగీత కచేరి ప్రోగ్రాం ఏర్పాటు చేయడం వీలుకాదు. అనునాద ప్రయోగం చంద్రుడిపై చేయలేం.
• చంద్రుడిపై మేఘాలు ఉన్నాయని ఊహించుకొన్నా ఒకవేళ అవి ఒకదానితో ఒకటి ఢీకొన్నపుడు ఏర్పడే మెరుపుల కాంతి మాత్రమే చూడగలం కానీ ఉరుముల శబ్దం వినలేం.
  ధ్వని అవధి
• ధ్వని కంపాలు చేసే పౌన:పున్యం ఆధారంగా ధ్వనులను 3 రకాలుగా వర్గీకరించవచ్చు.
  శ్రవ్య అవధి:
• ఆరోగ్యవంతుడైన మానవుడు ధ్వని తరంగాలను 20 Hz-20,000Hz (29KHz) మాత్రమే వినగలుగుతాడు. కాబట్టి ఈ అవధిని శ్రవ్య అవధి అని, ఈ తరంగాలను శ్రవ్య తరంగాలు అని అంటారు.
  పరశ్రావ్యాలు (Infra Sonic Sounds)
• వీటిని నీటిలో ఉన్న తిమింగలం, నేలపై ఉన్న పాము వినగలుగుతాయి.
• వీటి పౌనఃపున్యం 20Hz తక్కువగా ఉంటుంది.
• వీటిని ఉత్పత్తి చేయడానికి అత్యధిక శక్తి కలిగిన వస్తువులు అవసరం. అందువల్ల ఈ తరంగాలు కింది సందర్భాల్లో ఉత్పత్తి అవుతాయి.
  1) భూమి కంపించినపుడు
  2) అణుబాంబులను విస్ఫోటనం చెందించినపుడు
  3) భారీ వాహనాలు అత్యధిక లోడ్‌తో ప్రయాణించినపుడు
• వీటిని నీటిలో ఉన్న తిమింగలం, నేలపై ఉన్న కుందేళ్లు, పాములు, సముద్రంలోని షార్క్‌లు వినగలుగుతాయి. మానవుడు వీటిని వినలేడు.
• ఖడ్గమృగాలు 5Hz పౌన:పున్యం ఉన్న ధ్వనులను విడుదల చేస్తూ భావ వ్యక్తీకరణ చేసుకుంటాయి.
• ఇవి వాయువుల గుండా ప్రయాణించవు. కొన్ని భూమి ఉపరితలం ద్వారా ప్రయాణిస్తాయి.
• భూకంపాలు, అగ్నిపర్వత ప్రకంపనలు ఉత్పత్తి చేసే పరశ్రావ్యాలను వినగల జంతువులు, పక్షులు ఆ ఉపద్రవాన్ని ముందుగానే గ్రహించి ఆ ప్రాంతాలను వదిలి పారిపోతాయి. 2004లో సునామీ వచ్చినపుడు ఆ ప్రాంతంలోని జంతువులు పారిపోవడం దీనికి ఉదాహరణ.
• పావురాలు, తిమింగలాలు, ఖడ్గమృగాలు, ఏనుగులు పరశ్రావ్యాలను గుర్తిస్తాయి. భూకంపాల రాకను మొదటగా పసిగట్టే జీవి పాము
  అతిధ్వనులు
• శ్రవ్య అవధిలో 20000 Hz కన్నా ఎక్కువ ఉన్న శ్రావ్యేతర తరంగాలను అతిధ్వనులంటారు.
• వీటిని కుక్క 50000 Hz, గబ్బిలం, తాబేలు, డాల్ఫిన్‌లు 1,00,000 Hz వినగలుగుతారు.
• అతిధ్వనులను ప్రయోగశాలలో ఉత్పత్తి చేసి ఉపయోగించుకోవచ్చు.
  అనువర్తనాలు
• సముద్రాల లోతును తెలుసుకోవడానికి ఉపయోగించే SONAR విధానంలో ఈ తరంగాలను ఉపయోగిస్తారు. సోనార్‌ను NIXON అనే శాస్త్రవేత్త కనుగొన్నారు.
• రెండు తీగలను అతికించే పద్ధతిని Soldering విధానం అంటారు. ఈ విధానంలో అతిధ్వనులను ఉపయోగిస్తారు. (సాధారణంగా సోల్డరింగ్‌ విధానంలో లెడ్‌, టిన్‌ అనే లోహాలు ఉపయోగిస్తారు).
• అతిధ్వనుల ద్వారా పాలు, నీటిలో ఉన్న బ్యాక్టీరియాను చంపేయవచ్చు.
• మనుషుల కీళ్లనొప్పులను నయం చేయవచ్చు.
• దోమలను పారదోలడం, చేపలను ఆకర్షించడం లాంటివి ఈ ధ్వనులతోనే సాధ్యం
• రక్తరహిత ఆపరేషన్‌ చేయడానికి వీటిని వాడవచ్చు.
• ఆక్సీకరణ, క్షయకరణం మొదలైన రసాయన క్రియల్లో ఉత్ప్రేరకంగా వాడవచ్చు.
• సముద్ర గర్భంలో ఉన్న వస్తువుల ఉనికిని కనుగొనడానికి ఉపయోగిస్తారు. ఇందుకోసం వినిపించని అతిధ్వనులు (అల్ట్రాసోనిక్స్‌) సంకేతాలను పంపుతారు.
• వస్తువులను కావాల్సిన ఆకారాల్లో కోయడం, రంధ్రాలు చేయడంలో అతిధ్వనులు ఉపయోగిస్తారు.
• వస్తువులను శుభ్రపరచడానికి, కంటిలోని శుక్లాలను తొలగించడానికి వీటిని వినియోగిస్తారు.
• సముద్రంలో చేపలు ఎక్కువగా లభించే ప్రాంతాలను గుర్తించడానికి ద్రృఢ లోహాలు, లోహ మిశ్రమాల్లో రంధ్రాలను చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు.
• శరీర అంతర్భాగాలను స్కానింగ్‌ చేయడానికి అతి ధ్వనులను ఉపయోగిస్తారు. ఈ పద్ధతిని అల్ట్రా సోనోగ్రఫీ అంటారు.
• గబ్బిలాలు అతి ధ్వనులను ఉత్పత్తి చేస్తూ ప్రయాణిస్తాయి. అతి ధ్వనులను సాధారణ పరిస్థితుల్లో ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. ఈ పద్ధతిని ‘ఫిజో ఎలక్ట్రిక్‌ పద్ధతి’ అంటారు.
• సముద్రాల, సరస్సుల లోతును కనుగొనుటకు ఉపయోగించే సోనార్‌ అనే పరికరంలో అతి ధ్వనులను ఉపయోగిస్తారు. ఎందుకంటే ఈ తరంగాల వేవ్‌ లెన్త్‌ తక్కువగా ఉంటుంది. ఇవి రుజుమార్గంలో ప్రయాణిస్తాయి.
• కీళ్లనొప్పుల నివారణ, విరిగిన దంతాలను సులభంగా తొలగించడానికి ఉపయోగిస్తారు.
• కిడ్నీలో ఏర్పడిన రాళ్లను వాటి పరిమాణాన్ని కనుగొని వాటిని కరిగించవచ్చు.
• కిడ్నీలోని రాళ్ల రసాయన నామాలు
  1) కాల్షియం ఆక్సలేట్‌ స్ఫటికాలు
  2) కాల్షియం ఫాస్ఫేట్‌ స్ఫటికాలు

ధ్వని వక్రీభవనం

• కాంతిలా ధ్వని కూడా వేర్వేరు యానకాల్లో వేర్వేరు వేగాలతో ప్రయాణించడం వల్ల వక్రీభవనం చెందుతుంది.
• వేసవిలో పగటిపూట భూమి వేడెక్కి వాతావరణం కింది పొరలు వేడిగా పై పొరలు చల్లగా ఉంటాయి. దీనివల్ల కింది పొరల్లో ధ్వని వేగం ఎక్కువ, పై పొరల్లో తక్కువ కావడం వల్ల ధ్వని తరంగాలు ఉపరితలం నుంచి వంగి (వక్రీభవనం) పై దిశలోకి ప్రయాణిస్తాయి. దీనివల్ల ధ్వని భూ ఉపరితలంపై ఎక్కువ దూరం ప్రయాణించదు.
• నీటి ఉపరితలంపై చల్లటి గాలి ఉండటం వల్ల ఉపరితలానికి దూరంగా వెళ్లే ధ్వని వక్రీభవనం చెందిన ఉపరితలానికి దగ్గరగా ఎక్కువ దూరం ప్రయాణిస్తుంది.
• ధ్వని తరంగాల అడ్డంకుల చుట్టూ వంగి ప్రయాణించడాన్ని వివర్తనం అంటారు.
  ఉదా: బహిరంగ సమావేశాల్లో లౌడ్‌ స్పీకర్లకు కొంచెం పక్కన కూర్చున్న వ్యక్తికి వినబడే తీవ్రత ఎక్కువగా ఉంటుంది.
• వివర్తనం పరిమాణం తరంగదైర్ఘ్యం కు అనులోపానుపాతంలో ఉంటుంది.
• గోడలు, తలుపుల్లో ఉండే సన్నటి చీలికల ద్వారా లోన ధ్వని వివర్తనం చెంది పక్కగదిలోని వారికి వినిపిస్తుంది.
• అడవిలో నివసించే జంతువులు ధ్వని వివర్తనాన్ని ఉపయోగించుకుంటాయి. గుడ్లగూబ, ఏనుగు ఎక్కువ తరంగధైర్ఘ్యం ఉన్న ధ్వనిని, ఉత్పత్తి చేసి చెట్ల వల్ల కలిగే వివర్తనంతో సుదూర ప్రాంతాలకు తమ అరుపులను చేరవేస్తాయి.
• గబ్బిలం తక్కువ తరంగధైర్ఘ్యం (ఎక్కువ పౌనఃపున్యం) ఉన్న అతి ధ్వనులను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. గబ్బిలం ధ్వని తరంగధైర్ఘ్యం సుమారుగా 0.7 సెం.మీ. ఇది కీటకం పొడవుకంటే తక్కువ కాబట్టి ధ్వని వివర్తనం చెందకుండా, కీటకం ద్వారా పరావర్తనం చెందుతుంది.
• అందువల్ల గబ్బిలం చీకట్లో చిన్న కీటకాన్ని కూడా గుర్తిస్తుంది.
  ధ్వని పరావర్తనం
• కాంతివలె ధ్వని కూడా పరావర్తనం చెందుతుంది.
• ధ్వని అధిక తరంగ దైర్ఘం వల్ల గరుకైన తలం వల్ల కూడా పరావర్తనం చెందుతుంది.
• ఆడిటోరియం, థియేటర్లలోని గోడల వల్ల జరిగే బహుళ పరావర్తనాల వల్ల ప్రతినాదం ఏర్పడుతుంది, ప్రతినాద ప్రక్రియను తగ్గించడానికి గోడలపై, కుర్చీలపై ధ్వనిని శోషించే పదార్థాలు (చెక్క, కొబ్బరి పీచు, తివాచీ) ఉపయోగిస్తారు.
• అతిధ్వనుల పరావర్తనాన్ని ఉపయోగించి సముద్రం లోతు, జలాంతర్గాముల ఉనికిని తెలుసుకుంటారు. ఈ ప్రకియను సోనార్‌ అంటారు.
• అతిధ్వనుల పరావర్తనంతో గుండె పనితీరును ఎకో కార్డియోగ్రఫీతో తెలుసుకోవచ్చు.
  తరంగం
• యానకం కణాల కంపన చలనం వల్ల కలిగే శక్తిని ఒక బిందువు నుంచి మరొక బిందువుకు మోసుకొని పోయేదాన్ని తరంగం అంటారు.
• తరంగాలను ప్రధానంగా రెండు రకాలుగా వర్గీకరించవచ్చు.
  1) యాంత్రిక తరంగాలు : ఇవి ప్రయాణించడానికి యానకం అవసరం. ఉదా: ధ్వని తరంగాలు
  2) విద్యుత్‌- అయస్కాంత తరంగాలు : ఇవి ప్రయాణించడానికి ఎటువంటి యానకం అవసరం లేదు. వీటి వేగం, గాలిలో శూన్యంలో కాంతి వేగానికి సమానంగా ఉంటుంది.
• ప్రతి తరంగానికి కింది లక్షణాలు ఉంటాయి.
  కంపన పరిమితి (A)
• కంపించిన కణం తన మధ్య బిందువు నుంచి పొందిన గరిష్ఠ స్థానభ్రంశాన్ని కంపన పరిమితి అంటారు.
  ప్రమాణాలు: మి.మీ., సెం.మీ., మీ.
  తరంగదైర్ఘ్యం (
• ఏవైన రెండు వరుస శృంగాలు లేదా ద్రోణుల మధ్య గల దూరాన్ని తరంగదైర్ఘ్యం ( అంటారు.
  ప్రమాణాలు: మి.మీ., సెం.మీ., మీ.
  చిన్న ప్రమాణం ఆంగ్‌స్ట్రామ్‌ (A)
  1Ao =10 -10 మీ.
  ఆవర్తన కాలం (T)
• కంపిస్తున్న కణం ఒక కంపనం పూర్తి చేయడానికి పట్టేకాలాన్ని ఆవర్తన కాలం అంటారు.
  ప్రమాణాలు : సెకన్లు, నిమిషాలు, గంటలు
  పౌనఃపున్యం(n): కంపిస్తున్న కణం 1 సె.కాలంలో చేసే కంపనాల సంఖ్యను పౌనఃపున్యం అంటారు.
  ప్రమాణాలు: Hertz (or) Hz
  పురోగామి తరంగాలు
• అలజడి ఏర్పడిన ప్రాంతం నుంచి అనంతంగా ముందుగా సాగిపోయే తరంగాలను పురోగామి తరంగాలు అంటారు.
• పురోగామి తరంగాలు 2 రకాలు అవి
  1) అనుధైర్ఘ్య తరంగాలు
  2) తిర్యక్‌ తరంగాలు
  అనుధైర్ఘ్య తరంగాలు
• యానకంలోని కంపనాల తరంగ చలన దిశకు సమాంతరంగా కంపిస్తే అటువంటి తరంగాలను అనుధైర్ఘ్య తరంగాలు అంటారు. వీటిలో సంపీడనాలు విరళీకరణాలు ఏర్పడతాయి.
  తరంగధైర్ఘ్యం
• రెండు వరుస సంపీడనాలు లేదా విరళీకరణాల మధ్య దూరాన్నే తరంగధైర్ఘ్యం అంటారు.
  ఉదా: గాలిలో ఏర్పడే ధ్వని తరంగాలు.
  తిర్యక్‌ తరంగాలు
• యానకంలోని కణాల కంపన దిశ తరంగ చలన దిశకు లంబంగా కంపిస్తే అటువంటి తరంగాలను తిర్యక్‌ తరంగాలు అంటారు. తిర్యక్‌ తరంగాల్లో శృంగాలు, ద్రోణులు ఏర్పడతాయి.
  తరంగధైర్ఘ్యం
• రెండు వరుస శృంగాలు లేదా ద్రోణల మధ్య దూరాన్నే తరంగధైర్ఘ్యం అంటారు. గరిష్ఠ కంపన పరిమితి గల బిందువును శృంగం అంటారు. కనిష్ఠ కంపన పరిమితి గల బిందువును ద్రోణి అంటారు.
  ఉదా: కాంతి తరంగాలు
  తిరోగామి తరంగాలు
• అలజడి ఏర్పడిన ప్రాంతం నుంచి బయలుదేరి ఏదైన ఒక బిందువు నుంచి వెనుకకు వచ్చే తరంగాలను తిరోగామి తరంగాలు అంటారు.
  స్థిర తరంగాలు
• ఒకే పౌనపున్యం, ఒకే కంపన పరిమితి కలిగిన రెండు పురోగామి తరంగాలు పరస్పరం వ్యతిరేక దిశలో అధ్యారోహణం చెందితే ఏర్పడే తరంగాలను స్థిర తరంగాలు అంటారు. వీటిలో అస్పందనలు, ప్రస్పందనలు ఏర్పడతాయి.
  ఉదా: కంపించే తీగపై ఏర్పడే తరంగాలు, అనునాదం చెందే గాలి స్తంభంపై తరంగాలు.
• రెండు బిందువుల మధ్య శక్తి స్థిరంగా ఉండటం వల్ల వీటిని స్థిర తరంగాలు అంటారు.

టాపర్స్‌ ఇన్‌స్టిట్యూట్‌
దిల్‌షుక్‌నగర్‌, హైదరాబాద్‌