ஒலியியல்

    அலகு 5: ஒலியியல்#

    கற்றல் நோக்கங்கள்#

    இந்தப் பாடத்தின் முடிவில் மாணவர்கள்

    • ஒலி உருவாக்கம் மற்றும் பரவலைப் புரிந்து கொள்ள முடியும்.
    • திசை வேகம், அதிர்வெண் மற்றும் அலை நீளத்தைத் தொடர்புபடுத்த இயலும்.
    • பல்வேறு ஊடகங்களில் ஒலியின் திசைவேகத்தைத் தெரிந்து கொள்ள இயலும்.
    • வாயுக்களில் ஒலியின் திசைவேகத்தைப் பாதிக்கும் காரணிகளை விளக்க இயலும்.
    • ஒலியின் எதிரொலித்தலை விவரிக்க இயலும்
    • எதிரொலிப்பு முறையைப் பயன்படுத்தி ஒலியின் திசைவேகத்தை காண இயலும்.
    • டாப்ளர் விளைவைப் புரிந்து கொள்ள இயலும்.
    • மேற்கண்ட பகுதிகளிலுள்ள கணக்கீடுகளைத் தீர்க்க இயலும்.

    அறிமுகம்#

    ஒலி நமது அன்றாட வாழ்வில் முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது. நாம் ஒருவருக்கொருவர் தொடர்பு கொள்ள ஒலியே பயன்படுகிறது. தினமும் நம்மைச் சுற்றியிருக்கும் மனிதர்கள், வாகனங்கள், விலங்குகள் போன்றவைகள் எழுப்பும் பல்வேறு வகையான ஒலிகளைக் கேட்கிறோம். ஆதலால், ஒலி எவ்வாறு உருவாகிறது?, ஒலி எவ்வாறு பரவுகிறது?, ஒலியினை நாம் எவ்வாறு கேட்கிறோம்? என்ற கேள்விகளுக்கெல்லாம் விடை தெரியவேண்டியது அவசியமாகிறது. இசைக்கருவிகளை உருவாக்குவது மற்றும் இசை அரங்கங்களை வடிவமைப்பது மட்டுமே ஒலியியல் என்ற தவறான புரிதலும் சிலநேரங்களில் ஏற்படுகிறது. ஒலியியல் என்பது ஒலி உருவாதல், ஒலி பரவல், ஒலியாற்றலை கட்டுப்படுத்துதல் மற்றும் ஒலியினால் ஏற்படும் விளைவுகள் ஆகியவைகளைப் பற்றி அறிந்து கொள்ளும் இயற்பியலின் ஒரு பிரிவு ஆகும். நீங்கள் ஏற்கனவே ஒன்பதாம் வகுப்பில் ஒலி பரவுதல் மற்றும் ஒலி அலைகளின் பண்புகளைப் பற்றி படித்துள்ளீர்கள். நாம் இப்பாடத்தில் ஒலி அலைகளின் எதிரொலிப்பு, எதிரொலி, மற்றும் டாப்ளர் விளைவு ஆகியவைகளைப் பற்றி படிக்க இருக்கிறோம்.

    நாம் ஒலியைப் பற்றி நினைக்கும் போது, ஒலி எவ்வாறு உருவாகிறது, பல்வேறு ஒலி மூலங்களிலிருந்து வரும் ஒலி எவ்வாறு நமது காதுகளை அடைகிறது, ஒலி என்பது என்ன? அது விசையா அல்லது ஆற்றலா என பல வினாக்கள் நமது மனதில் எழும். இந்த பாடத்தில் இது போன்ற வினாக்களுக்கு விடை காண்போம்.

    ஒலிக்கும் மணி அல்லது இசைக்கும் இசைக்குவியைத் தொடுவார்க்கும் போது ஒலியானது அதிர்வுகளால் உருவாகின்றது என்பதை அறியலாம், அதிர்வடையும் பொருட்கள் அலை வடிவில் ஆற்றலை உருவாக்குகிறது. அதுவே ஒலி அலைகளாகும்.

    நீயும், உனது நண்பர்களும் நிலவில் இருப்பதாகக் கருதிக்கொள்ளுங்கள், உனது நண்பன் எழுப்பும் ஒலியை உன்னால் கேட்க இயலுமா, நிலவில் வளி மண்டலம் இல்லாததால் உனது நண்பனின் ஒலியைக் கேட்க இயலாது. எனவே அதிர்வுறும் பொருட்கள் உருவாக்கும் ஒலி பரவுவதற்கு திண்ம, திரவ, வாயு போன்ற பருப்பொருள் ஊடகங்கள் தேவை என்பதை புரிந்து கொள்ளலாம். இதிலிருந்து ஒலியானது திண்ம, திரவ அல்லது வாயு ஊடகங்களில் பரவும்.

    செயல்பாடு 1#

    ஒரு இசைக்கும் பொம்மை அல்லது பேயை விர்பரிசையாக எடுத்து ஒரு பிளாஸ்டிக் விர்பையினுள் வைக்கவும். பிளாஸ்டிக் விர்பையை தழுகுரைத்தி அல்லது நூலினைப் பயன்படுத்தி மூடவும். ஒரு குடத்தில் நீர் நிறப்பி பிளாஸ்டிக் விர்பையை அதனுள் வைக்கவும். தற்போது பொம்மை அல்லது விர்பரிசையை ஒலிக்கச் செய்யவும். இப்போது உங்களால் தெளிவான ஒலியைக் கேட்க இயலும். இப்போது குடத்தின அருகில் கொண்டுவளத்தைக் கொண்டு பொம்மை அல்லது விர்பரிசையை ஒலிக்கச் செய்தால் உங்களால் உயர்ந்த ஒலியைக் கேட்க இயலும். இது ஏன் என வகுப்பறையில் விவாதியுங்கள்.

    5.1 ஒலி அலைகள்#

    5.1.1 நெட்‌னலைகள்#

    ஒலி அலைகள் நெட்‌னலைகளாகும். அவை அனைத்து ஊடகங்களிலும் (திண்ம, திரவ, வாயு) பரவும். அவற்றின் திசை வேகம் பருப்பொருள் ஊடகங்களின் பண்பைப் பொறுத்து அமையும். ஒரு ஊடகத்தில் ஒலியலை பரவும் திசையில் துகள்கள் அதிர்வுற்றால் அதனை நெட்‌னலை எனலாம். ஒவ்வொரு மூலக்கூறும் அதன வெப்பநிலையிலிருந்து நீள்நோக்கில் இடப்பெயர்ச்சி அடைதலால் நெட்‌னலைகளை உருவாக்குகிறது. இதனால் ஊடகத்தின வழியே நெட்‌னலைகள் பரவும் பொது இறுக்கங்களும் தளர்ச்சிகளும் உருவாகின்றன. ஊடகத்தின வழியே பரவும் நெட்‌னலைகளில் இறுக்கங்கள் என்பது அதிக அழுத்தம் உள்ள பகுதி மற்றும் தளர்ச்சிகள் என்பது குறைந்த அழுத்தம் உள்ள பகுதியாகும்.

    5.1.2 ஒலி அலைகளை அதிர்வெண்ணைப் பொறுத்து வகைப்படுத்தல்#

    (i) செவியுணர் ஒலி அலைகள்:#

    இவை 20 Hz முதல் 20,000 Hz க்கு இடைப்பட்ட அதிர்வெண் உடைய ஒலி அலைகளாகும். இவை அதிர்வுறும் பொருட்களான குழல் நாத்திகள் மற்றும் இழுத்துக் கட்டப்பட்ட தம்பி போன்றவற்றால் உருவாக்கப்படுகிறது.

    (ii) குற்றொலி அலைகள்:#

    இவை 20 Hz ஐ விடக் குறைவான அதிர்வெண் உடைய ஒலி அலைகளாகும். மனிதர்களால் கேட்க இயலாது. நிலநடுக்கத்தின் போது உருவாகும் அதிர்வலைகள், கெல் அலைகள் மற்றும் திமிங்கலங்கள் ஏற்படுத்தும் ஒலி போன்ற ஒலிகள் குற்றொலி அலைகள் ஆகும்.

    (iii) மீயொலி அலைகள்:#

    இவை 20,000 Hz க்கும் அதிகமான அதிர்வெண் கொண்ட ஒலி அலைகளாகும். மனிதர்களால் கேட்க இயலாது. ஆனால் தோசு, நாய், தௌத்தாலை மற்றும் வெல்பின் போன்ற உயிரினங்களால் கேட்க இயலும். தௌத்தாலை ஏற்படுத்தும் ஒலியினை மீயொலிக்கு எடுத்துக்காட்டாக கூறலாம்.

    5.1.3 ஒலி மற்றும் ஒளி அலைகளுக்கு இடையேயான வேறுபாடுகள்#

    வ.எண்ஒலி அலைகள்ஒளி அலைகள்
    1பரவுவதற்கு ஊடகம் தேவைபரவுவதற்கு ஊடகம் தேவையில்லை
    2நெட்‌னலைகள்குறுக்கலைகள்
    3அலை நீளம் 1.65 கே.மீ முதல் 1.65 செ.மீ வரை இருக்கும்அலை நீளம் \( 4 \times 10^{-7} \) மீ முதல் \( 7 \times 10^{-7} \) மீ வரை இருக்கும்
    4ஒலி அலைகள் 340 மீவி\(^{-1}\) திசைவேகத்தில் பரவும் (NTP)ஒளி அலைகள் \( 3 \times 10^8 \) மீவி\(^{-1}\) திசைவேகத்தில் பரவும்

    5.1.4 ஒலி அலைகளின் திசைவேகம்#

    ஒரு அலையின திசைவேகம் பற்றி விவாதிக்கும் போது, இரு வகையான திசைவேகங்களை நாம் கணக்கில் எடுத்துக் கொள்ள வேண்டும். அவைகள் அதிர்வுறும் துகளின் திசைவேகம் மற்றும் அலையின் திசைவேகம் ஆகும். திசைவேகத்தின அலகு மீடெர் வினாடி\(^{-1}\) ஆகும்.

    துகள் திசைவேகம்: ஒரு ஊடகத்தில் அலைகள் ஊடே ஆற்றலைக் கொண்டுசெல்வதற்காக துகள்கள் அதிர்வுறும் திசைவேகம் துகள் திசைவேகம் எனப்படும்.

    அலைத் திசைவேகம்: ஒரு ஊடகத்தின வழியே அலை பரவும் திசைவேகம் அலைத் திசைவேகம் எனப்படுகிறது. இதனை பொதுவாக ஒலி அலை பரவும் தூரம் எனவும் குறிப்பிடலாம்.

    $$ \text{அலைத் திசைவேகம்} = \frac{\text{தொலைவு}}{\text{பயண எடுத்துக் கொண்ட காலம்}} $$

    ஒரு அலையானது \( \lambda \) எனும் தூரத்தை (அலைநீளம்) T காலத்தில் கடந்து சென்றால் அதனை அலைத் திசைவேகம் என குறிப்பிடலாம்.

    $$ V = \frac{\lambda}{T} \quad \dots \dots \dots (5.1) $$

    ஆதலால் ஒரு வினாடி நேரத்தில், ஒலி அலை கடந்தத் தொலைவு அலைத் திசைவேகம் ஆகும். \( n = \frac{1}{T} \) என்பது அலையின அதிர்வெண் என கருதினால் சமன்பாடு (5.1) ஐ

    $$ V = n\lambda \quad \dots \dots \dots (5.2) $$

    என எழுதலாம்.

    திண்மப் பொருட்களில் மீட்சிப்பண்பு அதிகமாக இருப்பதால் அதன வழியாக ஒலியலை செல்லும் பொது ஒலியின திசைவேகம் அதிகமாக இருக்கும். வாயுக்களுக்கு மீட்சி பண்பு குறைவாக இருப்பதால் ஒலியலை வாயுக்கள் வழியாகச் செல்லும் பொது அதன திசைவேகம் குறைவாக இருக்கும்.

    எனவே \( v_{\text{திண்ம}} > v_{\text{திரவ}} > v_{\text{வாயு}} \)

    5.1.5 ஒலியின் திசைவேகத்தைப் பாதிக்கும் காரணிகள்#

    திண்மப் பொருட்களின வழியாக ஒலி செல்லும் பொது அதன மீட்சிப்பண்பு மற்றும் அடர்த்தி ஒலியின திசைவேகத்தைப் பாதிக்கிறது. மீட்சி பண்பானது மீட்சிக் குணகத்தினால் குறிக்கப்படுகிறது. ஒலியின திசைவேகமானது மீட்சிக் குணகத்தின இருமடி மூலத்திற்கு நேர்த்தகவிலும், அடர்த்தியின இருமடி மூலத்திற்கு எதிர்த்தகவிலும் அமையும்.

    எனவே அடர்த்தி அதிகரிக்கும் பொது, ஒலியின் வேகம் குறைகிறது. மீட்சி பண்பு அதிகரிக்கும் பொது ஒலியின் திசைவேகமும் அதிகரிக்கிறது. வாயுக்களைப் பொறுத்தவரையில் கீழ்க்கண்ட காரணிகள் ஒலியின் திசைவேகத்தைப் பாதிக்கின்றன.

    அடர்த்தியின் விளைவு: வாயுக்களில் ஒலியின் திசைவேகம் அதன அடர்த்தியின இருமடி மூலத்திற்கு எதிர் தகவில் அமையும். எனவே வாயுக்களின் அடர்த்தி அதிகரிக்கும் பொது திசைவேகம் குறைகிறது.

    $$ v \propto \sqrt{\frac{1}{d}} $$

    வெப்பநிலையின் விளைவு: வாயுக்களில் ஒலியின் திசைவேகம், அதன வெப்பநிலையின் இருமடி மூலத்திற்கு நேர்த்தகவில் அமையும். எனவே வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் பொது, திசைவேகமும் அதிகரிக்கிறது.

    $$ v \propto \sqrt{T} $$

    வெப்பநிலை T° C ல் திசைவேகமானது

    $$ V_T = (v_0 + 0.61T) \ \mathrm{m \ s^{-1}} $$

    இங்கு \( v_0 \) என்பது 0° C வெப்பநிலையில் வாயுக்களில் ஒலியின் திசைவேகம் ஆகும். பொதுவாக \( v_0 = 331 \ \mathrm{m \ s^{-1}} \)

    எனவே ஒவ்வொரு டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலை அதிகரிப்பிற்கும் திசைவேகமானது 0.61 மீவி\(^{-1}\) அதிகரிக்கிறது.

    ஒப்பு ஈரப்பதத்தின் விளைவு: காற்றின் ஈரப்பதம் அதிகரிக்கும் பொது ஒலியின திசைவேகமும் அதிகரிக்கிறது. எனவே தொன மழைக்காலங்களில் தொலைவிலிருந்து வரக்கூடிய ஒலியைத் தெளிவாகக் கேட்க முடிகிறது.

    பல்வேறு ஊடகங்களில் ஒலியின் திசைவேகம் பற்றி அட்டவணை 5.1 ல் தரப்பட்டுள்ளது.

    அட்டவணை 5.1 பல்வேறு ஊடகங்களில் ஒலியின் திசைவேகம்

    வ.எண்ஊடகத்தின் தன்மைஊடகம்ஒலியின் திசைவேகம் (மீவி\(^{-1}\))
    1திடப் பொருள்தாமிரம்5010
    2இரும்பு5950
    3அலுமினியம்6420
    4திரவம்மண்கண்ணடி1324
    5நீர்1493
    6கடல் நீர்1533
    7வாயுகாற்று (0° C)331
    8காற்று (20° C)343

    தீர்க்கப்பட்ட கணக்கு 5.1#

    எந்த வெப்பநிலையில் ஒலியின் திசைவேகமானது 0° C ல் உள்ளதை விட இரு மடங்காகும்?

    தீர்வு:

    தேவையான வெப்பநிலையை T° C என கொள்க. \( v_1 \) மற்றும் \( v_2 \) என்பவை முறையே \( T_1 K \) மற்றும் \( T_2 K \) வெப்பநிலையில் ஒலியின் திசைவேகம் ஆகும். \( T_1 = 273K \ (0^\circ C) \) மற்றும் \( T_2 = (T^\circ C + 273)K \)

    இங்கு \( \frac{v_2}{v_1} = 2 \) எனக் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

    $$ \frac{v_2}{v_1} = \sqrt{\frac{T_2}{T_1}} = \sqrt{\frac{273 + T}{273}} = 2 $$

    எனவே \( \frac{273 + T}{273} = 4 \)

    $$ T = (273 \times 4) - 273 = 819^\circ C $$

    5.2 ஒலியின் எதிரொலிப்பு#

    நீங்கள் தைற்று அறை ஒன்றில் அமர்ந்து கொண்டு பேசும் போது, நீங்கள் பேசிய ஒலி மீண்டும் மீண்டும் உங்களை அடைவதை கைனித்திருப்பீர்கள். இது நீங்கள் பேசிய ஒலியின் எதிரொலிப்பாகும். கீழ்க்கொண்ட செயல்பாட்டின் மூலம் ஒலி எதிரொலிப்பை விவாதிக்கலாம்.

    ஒலியானது ஒரு ஊடகத்திலிருந்து மற்றொரு ஊடகத்திற்கு பரவும் போது இணைந்த ஊடகத்தால் எதிரொலிக்கப்பட்டு முதலாம் ஊடகத்திற்கு திருப்பி அனுப்பப்படுகிறது. இந்த எதிரொலிப்பானது ஒளி அலைகளில் நடைபெறும் எதிரொளிப்பை போன்றதாகும். இணைந்த ஊடகத்தை நோக்கிச் செல்லும் கதிர் படுகதிர் எனவும் இணைந்த ஊடகத்தில் பட்டு திரும்பி வரும் கதிர் எதிரொலித்தக் கதிர் எனவும் அழைக்கப்படுகிறது.

    5.2.1 எதிரொலிப்பு விதிகள்#

    ஒளி அலைகளை போலவே, ஒலி அலைகளும் அடிப்படை எதிரொலிப்பு விதிகளை பூர்த்தி செய்யும். கீழ்க்கொண்ட இரு எதிரொலிப்பு விதிகளும் ஒலி அலைகளுக்கும் பொருந்தும்.

    • படுகதிர், எதிரொலிக்கும் தளத்தில் வரையப்படும் செங்குத்துக் கோடு மற்றும் எதிரொலிப்புக் கதிர் ஆகியவை ஒரே தளத்தில் அமையும்.
    • படுகோணம் \( \angle i \) மற்றும் எதிரொலிப்புக் கோணம் \( \angle r \) ஆகியவை சமமாக இருக்கும்.

    எதிரொலிப்புத் தளத்தை நோக்கிச் செல்லும் கதிர்கள் படுகதிர்கள் எனப்படும். எதிரொலிப்புத் தளத்தில் பட்டு மீண்டும் திரும்பி வரும் கதிர்கள் எதிரொலித்தக் கதிர்கள் எனப்படும். அனைத்துப் பயன்பாடுகளுக்கும் படுகதிர் மற்றும் எதிரொலிப்புக் கதிர் ஆகியவை எதிரொலிப்புத் தளத்தில் ஒரே புள்ளி வழியாகச் செல்லும்.

    எதிரொலிப்பு தளத்துக்குச் செங்குத்தாக வரையப்பட்டுள்ள கோடு செங்குத்துக் கோடு என அழைக்கப்படுகிறது. செங்குத்துக் கோட்டுடன், படு கதிர் உருவாக்கும் கோணம் படுகோணம் (i) ஆகும். அதைப் போல செங்குத்துக் கோட்டுடன் எதிரொலித்த கதிர் உருவாக்கும் கோணம் எதிரொலிப்புக் கோணம் (r) எனவும் அழைக்கப்படுகிறது.

    5.2.2 அடர்மிகு ஊடகத்தின் விளிம்பில் ஒலி அலைகளின் எதிரொலிப்பு#

    ஒரு நெட்‌னலையானது ஊடகத்தில் பரவும் போது இறுக்கங்களாகவும், தளர்ச்சிகளாகவும் பரவும். ஒலி அலையின் இறுக்கங்கள் இடமிருந்து வலமாக பரவி ஒரு சுவரில் மோதிக் கொள்கிறது என கருதிக் கொள்வோம். அந்தவொரு மோதிக் கொள்கையும் போது இறுக்கங்கள் சுவரை நோக்கி F எனும் விசையைச் செயல்படுத்தும். அதை விடயில் சுவையானது அதற்குச் சமமான மற்றும் எதிர் திசையில் R = -F எனும் விசையைத் திரும்பச் செயல்படுத்தும். இதனால் சுவற்றின் அருகில் மீண்டும் இறுக்கங்கள் ஏற்படும். இவ்வாறு இறுக்கங்கள் சுவரில் மோதி மீண்டும் இறுக்கங்களாகவே எதிரொலிக்கிறது. அதன திசை மட்டும் மாறியிருக்கும்.

    5.2.3 அடர்குறை ஊடகத்தின் விளிம்பில் ஒலி அலைகளின் எதிரொலிப்பு#

    திடப்பொருளில் பயணிக்கும் ஒலி அலையின் இறுக்கங்கள் காற்று ஊடகத்தின் விளிம்பை அடைவதாகக் கொள்வோம், அப்போது இறுக்கங்களானது, காற்று ஊடகத்தின் பரப்பில் F என்ற விசையைச் செலுத்தும், அடர்குறை ஊடகம் (காற்று) குறைந்த அளவு உருக்குலைக்கும் பண்பை பெற்றுள்ளதால் இரண்டையும் பிரிக்கும் மேற்பரப்பு பின்னோக்கித் தள்ளப்படுகிறது, இதனால் அடர்குறை ஊடகத்தில் துகள்கள் மிக எளிதாக இயங்குவதால் விளிம்புப் பகுதியில் தளர்ச்சிகள் தோன்றுகின்றன, இடமிருந்து வலமாக பயணித்த இறுக்கங்கள் எதிரொலிக்கப்பட்ட பின் தளர்ச்சிகளாக மாறி வலது புறத்திலிருந்து இடது புறமாகப் பரவுகிறது.

    மேலும் அறிந்துகொள்வோம்#

    அடர்குறை மற்றும் அடர்மிகு ஊடகம் என்றால் என்ன?

    ஒலியானது ஒரு ஊடகத்திலிருந்து மற்றொரு ஊடகத்திற்கு செல்லும் போது அதன் திசைவேகம் அதிகரித்தால் அது அடர்குறை ஊடகம் ஆகும் [காற்றுடன் ஒப்பிடும் போது நீரானது ஒலிக்கு அடர்குறை ஊடகம் ஆகும்]

    ஒலியானது ஒரு ஊடகத்திலிருந்து மற்றொரு ஊடகத்திற்கு செல்லும் போது அதன் திசைவேகம் குறையுமானால் அது அடர்மிகு ஊடகம் ஆகும் [நீருடன் ஒப்பிடும் போது காற்றானது ஒலிக்கு அடர்மிகு ஊடகம் ஆகும்]

    5.2.4 சமதளம் மற்றும் வளைவானப் பகுதிகளில் ஒலி எதிரொலிப்பு#

    ஒலி அலைகள் சமதளப் பரப்புகளில் மோதி எதிரொலிக்கும் பொது ஒலி எதிரொலிப்பு விதிகளுக்கு ஏற்பப் பரவுகிறது. அவ்வாறு ஒலி அலைகள் எதிரொலிக்கும் பொது ஒலி அலைகளின் செறிவு கூடுவதோ அல்லது குறைவதோ இல்லை.

    ஆனால் வளைவானப் பரப்புகளில் பட்டு மோதி எதிரொலிக்கும் போது அதன் செறிவு மாறுகிறது. குவிந்த பகுதிகளில் மோதி எதிரொலிக்கும் போது எதிரொலித்த அலைகள் விரிவடைந்து செல்கிறது. அதன் செறிவும் குறைகிறது. அதேபோல குழிவான பகுதிகளில் மோதி எதிரொலிக்கும் போது எதிரொலித்த அலைகள் ஒரு புள்ளியில் குவிக்கப்படுகிறது. எனவே எதிரொலித்தக் கதிர்களின் செறிவும் ஒரு புள்ளியில் குவிக்கப்படுகிறது.

    ஒலியை ஒரு குறிப்பிட்ட புள்ளியில் குவிக்க வேண்டியத் தேவைகள் இருந்தால் மட்டுமே வளைவான எதிரொலிக்கும் பகுதிகள் பயன்படுத்தப்படுகிறது. பெரும்பாலான பேசும் கூடங்களின் மேற்பகுதி பரவளையத்தின் வடிவில் அமைக்கப்பட்டிருக்கும், பரவளையத்தில் பிரதிபலிக்கும் ஒலியானது சுவரில் எங்கு மோதினாலும் பரவளையத்தில் ஒரு குவியப் புள்ளியிலிருந்து மற்றொரு குவியப் புள்ளியில் குவிக்கப்படுகிறது. இதனால் அரங்கில் ஒருவர் மெல்லிய குரலில் பேசினாலும், மீண்டும் மீண்டும் எதிரொலித்து வரும் ஒலியினால் அரங்கத்தில் அமர்ந்திருக்கும் அனைவரின் செவியையும் அடையும்.

    மெதுவாகப் பேசும் கூடம்

    மிகவும் புகழ் பெற்ற மெதுவாகப் பேசும் கூடம் இலண்டனிலுள்ள புனித பால் கதிட்ரல் ஆலயத்தில் அமைந்துள்ளது. அந்த அறையில் ஒரு குறிப்பிட்ட பகுதியில் பேசும் பேச்சொலியானது எதிர்புறம் உள்ள குறிப்பிட்ட பகுதியில் தெளிவாகக் கேட்கும் வகையில் அமைக்கப்பட்டுள்ளது. வளைவான பகுதிகளில் நடைபெறும் பல்முனை எதிரொலிப்பே இதற்குக் காரணம் ஆகும்.

    5.3 எதிரொலிகள்#

    ஒலி அலைகள் சுவர்கள், மேற்கூறைகள், மலைகள் போன்றவற்றின் பரப்புகளில் மோதி பிரதிபலிக்கப்படும் நிகழ்வே எதிரொலி ஆகும்.

    நீங்கள் மலையின் அருகிலோ அல்லது ஒரு கட்டிடத்தின் அருகிலோ நின்று கைகளைத் தட்டும் போது உங்களால் அதே ஒலியை மீண்டும் கேட்க இயலும், இவ்வாறு உங்களால் மீண்டும் கேட்கக் கூடிய ஒலியை எதிரொலி ஆகும். சிறிய அறைகளில் எதிரொலியைக் கேட்க இயலாது, சிறிய அறைகளில் எதிரொலியைக் கேட்க இயலாது என்பதால் அங்கு எதிரொலிப்பு நடைபெறவில்லை என்பது பொருளல்ல, ஏனெனில் சிறிய அறைகள் எதிரொலிக்கு வேண்டிய அடிப்படை நிபந்தனைகளைப் பூர்த்தி செய்வதில்லை.

    5.3.1 எதிரொலிக்க வேண்டிய நிபந்தனைகள்#

    மனிதர்களால் கேட்கப்படும் ஒலியானது, நமது காதுகளில் 0.1 விநாடிகளுக்கு நிலைத்திருக்கும், எனவே நாம் இரண்டு ஒலிகளைக் கேட்க வேண்டுமானால் இரண்டு ஒலிகளுக்கும் இடையே கால இடைவெளி குறைந்தபட்சம் 0.1 விநாடிகள் இருக்க வேண்டும், எனவே எழுப்பப்படும் ஒலிக்கும், எதிரொலிக்கும் இடையே 0.1 விநாடிகள் இருக்க வேண்டும்.

    மேற்காணும் நிபந்தனையானது பூர்த்தியாக வேண்டுமெனில் ஒலி மூலத்திற்கும் எதிரொலிக்கும் பரப்பிற்கும் இடையே உள்ள தொலைவானது கீழ்க்காணும் சமன்பாட்டை பூர்த்தி செய்ய வேண்டும்.

    எனவே, \( t = 0.1 \) வினாடி

    $$ d = v \times 0.1 $$$$ d = \frac{v}{10} $$

    ஆதலால் எதிரொலி கேட்க வேண்டுமானால் குறைந்த பட்சத் தொலைவானது காற்றில் ஒலியின் திசைவேகத்தின் மதிப்பில் \( \frac{1}{10} \) பகுதியாக இருக்க வேண்டும். ஒலியின் திசைவேகம் காற்றில் 344 மீவி\(^{-1}\) எனக் கருதினால் எதிரொலிக் கேட்பதற்கான குறைந்த பட்சத் தொலைவு 17.2 மீ ஆகும்.

    5.3.2 எதிரொலியின் பயன்பாடுகள்#

    • சமிக்ஞைகளை அனுப்பி அதிலிருந்து வரும் எதிரொலி மூலம் எதிரிலுள்ள பொருள்களைக் கண்டறியவும் பயன்படுகிறது.
    • எதிரொலித் தத்துவம் மகப்பேறியல் துறையில் அல்ட்ரா சோனோ கிராபி கருவியில் பயன்படுகிறது. இதைப் பயன்படுத்தி தாயின் கருப்பையில் உள்ள கருவின் வளர்ச்சியினை ஆராய்ந்தறியப் பயன்படுகிறது. இந்தக் கருவி மிகப் பாதுகாப்பானது ஏனெனில் இதில் தீங்கு விளைவிக்கும் கதிர்கள் எதுவும் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை.
    • ஊடகங்களில் ஒலியின் திசைவேகத்தைக் கண்டறியவும் எதிரொலி பயன்படுகிறது.

    5.3.3 எதிரொலி முறையில் ஒலியின் திசைவேகத்தைக் காணுதல்#

    தேவையான கருவிகள்: ஒலி மூலம், அளவு நாடா, ஒலி ஏற்பி மற்றும் நிறுத்துக் கடிகாரம்

    முறை:

    1. ஒலி மூலத்திற்கும், எதிரொலிப்புப் பரப்பிற்கும் இடையேயானத் தொலைவை (d) அளவு நாடாவைப் பயன்படுத்தி அளந்து கொள்ளவும்.
    2. ஒலி ஏற்பியை ஒலி மூலத்திற்கு அருகில் வைக்கவும், தற்போது ஒலி சமிக்கைகள் ஒலி மூலத்திலிருந்து வெளிப்படும்.
    3. நிறுத்துக் கடிகாரத்தைப் பயன்படுத்தி ஒலி மூலத்திலிருந்து வெளிப்பட்ட ஒலி சமிக்கைகளுக்கும், எதிரொலித்து வந்த ஒலி சமிக்கைகளுக்கும் இடையேயான கால இடைவெளியைக் குறித்துக் கொள்ளவும், கால இடைவெளியை ’t’ எனவே ஒலியின் திசைவேகமானது
    $$ \text{திசைவேகம்} = \frac{\text{ஒலி கடந்த தொலைவு}}{\text{பரவ எடுத்துக்கொண்ட காலம்}} $$
    1. இந்த சோதனையை மூன்று அல்லது நான்கு முறை செய்து பார்க்கவும், சராசரி கால இடைவெளியைக் கணக்கிடவும்.

    ஒலி மூலத்திலிருந்து வெளியான ஒலித்துடிப்பு ஒலி மூலத்திலிருந்து சுவர் வரை சென்று பின்னர் எதிரொலித்து ஒலி மூலம் வரையுள்ள 2d தொலைவை t நேரத்தில் கடந்து செல்கிறது, எனவே

    $$ v = \frac{2d}{t} $$

    5.4 ஒலி எதிரொலிப்பின் பயன்பாடுகள்#

    5.4.1 ஒலி எதிரொலிப்பு அட்லைட்#

    இது பொதுவாக வளைந்த (குழிந்த) பரப்புகள் ஆகும், இவை அரங்கங்களிலும், இசையரங்கங்களிலும் ஒலியின் செறிவை அதிகரிக்கப் பயன்படுகிறது. ஒலிப் பெருக்கியானது ஒலி எதிரொலிப்பு அட்லையினின் குவியப்பகுதியில் இருக்குமாறு பொருத்தப்படுகிறது. ஒலிப் பெருக்கியிலிருந்து வரும் ஒலியானது, ஒலி எதிரொலிப்பு அட்லையினால் எதிரொலிக்கப்பட்டு அதிகச் செறிவுடன் பார்வையாளர்களைச் சென்றடைகிறது.

    5.4.2 காது கேட்க உதவும் கருவி#

    இது பொது கேட்பதற்குத் துணைபுரியும் கருவி ஆகும். இது கேட்பது குறைபாடு உள்ளவர்களுக்குப் பயன்படுகிறது. இந்தக் கருவியின் ஒரு முனை அகன்றும் மறுமுனை குறுகலாகவும் இருக்கும். ஒலி மூலத்திலிருந்து வரக்கூடிய ஒலியானது அகன்ற பகுதியின் சுவரில் எதிரொலித்துக் குறுகலான பகுதியை அடைகிறது. இந்தக் கருவியானது ஒலியைக் குவிக்கவும், அதிகச் செறிவுடன் செவிப்பறையை அடையவும் பயன்படுகிறது. இந்தக் கருவியால் குறைபாடு உள்ளவர்களால் நன்கு கேட்க இயலுகிறது.

    5.4.3 கூம்பு ஒலிப் பெருக்கி#

    கூம்பு ஒலிப் பெருக்கி என்பது சிறிய அளவுக் கூடத்தின் ஒலிவெளியே உதவும் குழல் வடிவ கருவியாகும். இதன ஒரு முனை அகன்றும், மற்றொரு முனைக் குறுகலாகவும் காணப்படும். குறுகலான பகுதியில் பேசும் ஒலியானது பன்முறை எதிரொலித்துப் பரவுகிறது. எனவே ஒலியானது அகன்ற பகுதியின் வழியே தகுத் தொலைவில் அதிகச் செறிவுடன் கேட்க இயலுகிறது.

    5.5 டாப்ளர் விளைவு#

    வேகமான இயக்கத்தில் உள்ள வண்டியானது, ஓய்வு நிலையிலுள்ள கேட்குநரை நெருங்கும் போது அதன் ஊதல் ஒலியின் சுருதி அதிகரிப்பது போன்றும், கேட்குநரை விட்டு விலகிச் செல்லும் போது ஊதல் ஒலியின் சுருதி குறைவது போன்றும் தோன்றும். இந்த அதிர்வெண்ணில் ஏற்படும் தொற்று மாற்றத்தை முதன் முதலில் ஆஸ்திரிய நாட்டைச் சார்ந்த கணிதவியலாளரும், இயற்பியலாளருமான கிறிஸ்டியன் டாப்ளர் (1803 – 1853) கண்டறிந்து விளக்கினார்.

    கேட்குநருக்கும் ஒலி மூலத்திற்கும் இடையே சார்பியக்கம் இருக்கும் பொது கேட்குநரால் கேட்கப்படும் ஒலியின் அதிர்வெண்ணிற்கும், ஒலி மூலத்தின் அதிர்வெண்ணிற்கும் இடையே வேறுபாடு உள்ளதைக் கண்டறிந்தார். இதுவே டாப்ளர் விளைவு ஆகும். இந்த சார்பியக்கமானது கீழ்க்காணும் வகைகளில் இருக்கலாம்.

    (i) கேட்குநர் நிலையான ஒலி மூலத்தை நோக்கியோ அல்லது விலகியோச் செல்லுதல் (ii) ஒலி மூலமானது நிலையான கேட்குநரை நோக்கியோ அல்லது விலகியோச் செல்லுதல் (iii) ஒலி மூலமும், கேட்குநரும் ஒன்றை ஒன்று நோக்கியோ அல்லது விலகியோச் செல்லுதல் (iv) ஒலி மூலமும், கேட்குநரும் ஓய்வு நிலையில் இருக்கும் பொது ஒலி பரவும் ஊடகம் நகருதல்

    வரையறை:

    ஒலி மூலத்திற்கும், கேட்குநருக்கும் இடையே சார்பியக்கம் இருக்கும் பொது, கேட்குநரால் கேட்கப்படும் ஒலியின் அதிர்வெண்ணானது, ஒலி மூலத்தின் அதிர்வெண்ணிலிருந்து மாறுபடுவது போல் தோன்றும். இந்நிகழ்வு டாப்ளர் விளைவு எனப்படும்.

    கணக்கீடுகளின் எளிமைக்காக ஒலி பரவும் ஊடகம் ஓய்வு நிலையில் உள்ளதாகக் கருதுவோம். எனவே ஊடகத்தின் திசைவேகம் சுழி ஆகும்.

    ஒலி மூலம் S மற்றும் கேட்குநர் L முறையே \( V_S \) மற்றும் \( V_L \) என்ற திசைவேகத்தில் நகருவதாகக் கருதுவோம். ஒலி மூலமும், கேட்குநரும் ஒன்றையொன்று நோக்கி நகர்வதாக எடுத்துக் கொள்வோம். ஒலி மூலத்திற்கும், கேட்குநருக்கும் இடையேயான தொலைவு குறையும் பொது தோற்ற அதிர்வெண்ணானது, உண்மையான அதிர்வெண்ணை விட அதிகமாக இருக்கும்.

    ஒலி மூலத்தின் அதிர்வெண் ’n’ எனவும், கேட்குநரால் உணரப்படும் ஒலியின் அதிர்வெண் n’ எனவும் கொள்வோம். அப்படியானால் தோற்ற அதிர்வெண் n’ க்கான சமன்பாடு

    $$ n' = \frac{v + v_L}{v - v_S} \cdot n $$

    இங்கு V என்பது குறிப்பிட்ட ஊடகத்தில் ஒலியின் திசைவேகம் ஆகும். நாம் தற்பொது ஒலி மூலம் மற்றும் கேட்குநரின் இயக்கங்களின் பல்வேறு சாத்தியக் கூறுகளுக்கான சமன்பாடுகளைக் காண்போம். (அட்டவணை 5.2)

    அட்டவணை 5.2 ஒலி மூலம் மற்றும் கேட்குநரின் இயக்க நிலைகளுக்கான தோற்ற அதிர்வெண் சமன்பாடுகள்

    நிலைஒலி மூலம் மற்றும் கேட்குநரின் நிலைகள்குறிப்புதோற்ற அதிர்வெண்
    1• ஒலி மூலமும், கேட்குநரும் இயக்கத்தில் உள்ளனர்.
    • ஒருவரையொருவர் நோக்கி நகர்கின்றனர்.    		அ. ஒளி மூலத்திற்கும் கேட்குநருக்கும் இடையேயான தொலைவு குறைகிறது.
    ஆ. தோற்ற அதிர்வெண் உண்மை அதிர்வெண்ணை விட அதிகம்.    		\( n' = \left( \frac{v + v_L}{v - v_S} \right) n \)
    2• ஒலி மூலமும், கேட்குநரும் இயக்கத்தில் உள்ளனர்.
    • ஒலி மூலமும், கேட்குநரும் ஒருவருக்கொருவர் விலகிச் செல்கின்றனர்.    		அ. ஒலி மூலத்திற்கும், கேட்குநருக்கும் இடைப்பட்டத் தொலைவு அதிகரிக்கும்.
    ஆ. தோற்ற அதிர்வெண், உண்மை அதிர்வெண்ணை விடக் குறைவு.
    இ. \( V_S \) மற்றும் \( V_L \) மதிப்பு நிலை 1 ல் கூறப்பட்டதற்கு எதிர் நிலையில் அமையும்.    		\( n' = \left( \frac{v - v_L}{v + v_S} \right) n \)
    3• ஒலி மூலமும், கேட்குநரும் இயக்கத்தில் உள்ளனர்.
    • ஒன்றன் பின் ஒன்றாக நகர்கின்றனர்.
    • கேட்குநர் ஒலி மூலத்தைப் பின் தொடர்கிறார்.    		அ. தோற்ற அதிர்வெண் ஒலி மூலம் மற்றும் கேட்குநரின் நிலை வேகத்தைப் பொறுத்து.
    ஆ. \( V_S \) ஆனது நிலை 2 ல் கூறப்பட்டதற்கு எதிராக அமையும்.    		\( n' = \left( \frac{v - v_L}{v - v_S} \right) n \)
    4• ஒலி மூலமும், கேட்குநரும் இயக்கத்தில் உள்ளனர்.
    • ஒன்றன் பின் ஒன்றாக நகர்கின்றனர்.
    • ஒலி மூலத்தை கேட்குநர் பின் தொடர்கிறார்.    		அ. தோற்ற அதிர்வெண் ஒலி மூலமும் மற்றும் கேட்குநரின் நிலை வேகத்தைப் பொறுத்தது ஆகும்.
    ஆ. \( V_S \) மற்றும் \( V_L \) நிலை 3 ல் கூறப்பட்டதற்கு எதிர் நிலையில் அமையும்.    		\( n' = \left( \frac{v + v_L}{v + v_S} \right) n \)
    5• ஒலி மூலம் ஓய்வு நிலையில் உள்ளது.
    • கேட்குநர் ஒலி மூலத்தை நோக்கி நகர்கிறார்.    		அ. ஒலி மூலத்திற்கும், கேட்குநருக்கும் இடைப்பட்டத் தொலைவு குறைகிறது.
    ஆ. தோற்ற அதிர்வெண் உண்மை அதிர்வெண்ணை விட அதிகம்.
    இ. நிலை 1 ல், \( V_S = 0 \)    		\( n' = \left( \frac{v + v_L}{v} \right) n \)
    6• ஒலி மூலம் ஓய்வு நிலையில் உள்ளது.
    • கேட்குநர் ஒலி மூலத்தை விட்டு விலகி நகர்கிறார்.    		அ. ஒலி மூலத்திற்கும், கேட்குநருக்கும் இடைப்பட்டத் தொலைவு அதிகரிக்கிறது.
    ஆ. தோற்ற அதிர்வெண் உண்மை அதிர்வெண்ணை விடக் குறைகிறது.
    இ. நிலை 2 ல், \( V_S = 0 \)    		\( n' = \left( \frac{v - v_L}{v} \right) n \)
    7• கேட்குநர் ஓய்வு நிலையில் உள்ளார்.
    • ஒலி மூலம் கேட்குநரை நோக்கி நகர்கிறது.    		அ. ஒலி மூலத்திற்கும், கேட்குநருக்கும் இடைப்பட்டத் தொலைவு குறைகிறது.
    ஆ. தோற்ற அதிர்வெண் உண்மை அதிர்வெண்ணை விட அதிகம்.
    இ. நிலை 1 ல், \( V_L = 0 \)    		\( n' = \left( \frac{v}{v - v_S} \right) n \)
    8• கேட்குநர் ஓய்வு நிலையில் உள்ளார்.
    • ஒலி மூலம் கேட்குநரை விட்டு விலகிச் செல்கிறது.    		அ. ஒலி மூலத்திற்கும், கேட்குநருக்கும் இடைப்பட்டத் தொலைவு அதிகரிக்கிறது.
    ஆ. தோற்ற அதிர்வெண் உண்மை அதிர்வெண்ணை விடக் குறைவு.
    இ. நிலை 2 ல், \( V_L = 0 \)    		\( n' = \left( \frac{v}{v + v_S} \right) n \)

    ஒலி பரவும் ஊடகமானது (காற்று) W எனும் திசைவேகத்தில், ஒலி பரவும் திசையிலேயே நகருவதாகக் கொள்வோம். இந்நிகழ்வில் ஒலியின் திசைவேகம் ‘v’ ஆனது (V+W) ஆக மாறுகிறது. அதைப் போல் ஊடகமானது, ஒலி பரவும் திசைக்கு எதிர் திசையில் நகரும் போது ஒலியின் திசைவேகம் ‘v’ ஆனது (V – W) ஆக மாறுகிறது.

    தீர்க்கப்பட்ட கணக்குகள்#

    1. 90 Hz அதிர்வெண்ணை உடைய ஒலி மூலமானது ஒலியின் திசைவேகத்தில் \( \frac{1}{10} \) மடங்கு வேகத்தில் ஓய்வு நிலையில் உள்ள கேட்குநரை அடைகிறது. கேட்குநரால் உணரப்படும் அதிர்வெண் என்ன?

    தீர்வு: ஓய்வு நிலையில் உள்ள கேட்குநரை நோக்கி, ஒலி மூலம் நகரும் போது, தோற்ற அதிர்வெண்ணுக்கான சமன்பாடு

    $$ n' = \frac{v}{v - v_s} \cdot n $$$$ = \frac{v}{v - \frac{v}{10}} \cdot 90 $$$$ = \frac{v}{\frac{9v}{10}} \cdot 90 $$$$ = \frac{10}{9} \times 90 = 100 \ \mathrm{Hz} $$

    2. 500 Hz அதிர்வெண்ணை உடைய ஒலி மூலமானது, 30 மீவி\(^{-1}\) வேகத்தில் கேட்குநரை நோக்கி நகருகிறது. காற்றில் ஒலியின் வேகம் 330 மீவி\(^{-1}\) எனில் கேட்குநரால் உணரப்படும் ஒலியின் அதிர்வெண் என்ன?

    தீர்வு: ஓய்வு நிலையில் உள்ள கேட்குநரை நோக்கி, ஒலி மூலம் நகரும் போது, தோற்ற அதிர்வெண்ணுக்கான சமன்பாடு

    $$ n' = \frac{v}{v - v_s} \cdot n $$$$ n' = \frac{330}{330 - 30} \times 500 $$$$ n' = \frac{330}{300} \times 500 = 550 \ \mathrm{Hz} $$

    3. ஒரு ஒலி மூலமானது 50 மீவி\(^{-1}\) திசைவேகத்தில் ஓய்வு நிலையில் உள்ள கேட்குநரை நோக்கி நகருகிறது. கேட்குநரால் உணரப்படும் ஒலி மூலத்தின் அதிர்வெண்ணானது 1000 Hz ஆகும். அந்த ஒலி மூலமானது ஓய்வு நிலையில் உள்ள கேட்குநரை விட்டு விலகிச் செல்லும் போது உணரப்படும் தோற்ற அதிர்வெண் என்ன? (ஒலியின் திசைவேகம் 330 மீவி\(^{-1}\))

    தீர்வு:

    கேட்குநரை நோக்கி ஒலி மூலம் நகரும் போது:

    $$ n' = \frac{v}{v - v_s} \cdot n $$$$ 1000 = \frac{330}{330 - 50} \cdot n $$$$ 1000 = \frac{330}{280} \cdot n $$$$ n = \frac{1000 \times 280}{330} $$$$ n = 848.48 \ \mathrm{Hz} $$

    ஒலி மூலத்தின் உண்மையான அதிர்வெண் 848.48 Hz ஆகும்.

    ஒலி மூலமானது கேட்குநரை விட்டு விலகிச் செல்லும் போது உள்ள தோற்ற அதிர்வெண்ணிற்கான சமன்பாடு

    $$ n' = \frac{v}{v + v_s} \cdot n $$$$ n' = \frac{330}{330 + 50} \times 848.48 $$$$ n' = \frac{330}{380} \times 848.48 $$$$ n' = 736.84 \ \mathrm{Hz} $$

    4. ஒலி மூலமும், கேட்குநரும் V/10 வேகத்தில் ஒருவரையொருவர் நோக்கி நகர்கின்றனர். இங்கு V என்பது ஒலியின் வேகம் ஆகும். ஒலி மூலத்தில் வெளிப்படும் ஒலியின் அதிர்வெண் ‘f’ எனில், கேட்குநரால் கேட்கப்படும் ஒலியின் அதிர்வெண் என்ன?

    தீர்வு: ஒலி மூலமும், கேட்குநரும் V/10 வேகத்தில் ஒருவரையொருவர் நோக்கி நகரும் போது, தோற்ற அதிர்வெண்ணானது

    $$ n' = \frac{v + v_l}{v - v_s} \cdot n $$$$ n' = \frac{v + \frac{v}{10}}{v - \frac{v}{10}} \cdot f $$$$ n' = \frac{\frac{11v}{10}}{\frac{9v}{10}} \cdot f $$$$ n' = \frac{11}{9} \cdot f = 1.22 f $$

    5. கேட்குநரால் கேட்கப்படும் தோற்ற அதிர்வெண்ணானது உண்மையான அதிர்வெண்ணில் பாதியாக இருக்க வேண்டுமெனில் ஒலி மூலம் எவ்வளவு வேகத்தில் கேட்குநரை விட்டு விலகிச் செல்ல வேண்டும்?

    தீர்வு: ஒலி மூலமானது, ஓய்வு நிலையில் உள்ள கேட்குநரை விட்டு விலகிச் செல்லும் போது, தோற்ற அதிர்வெண்ணிற்கான சமன்பாடு

    $$ n' = \left( \frac{v}{v + v_s} \right) \cdot n $$$$ \frac{n}{2} = \left( \frac{v}{v + v_s} \right) \cdot n $$$$ \frac{1}{2} = \frac{v}{v + v_s} $$$$ v + v_s = 2v $$$$ v_s = v $$

    5.5.1 டாப்ளர் விளைவு நடைபெறாமல் இருக்க நிபந்தனைகள்#

    கீழ்க்காணும் நிலைகளில் டாப்ளர் விளைவு நடைபெறுவதில்லை மற்றும் கேட்குநரால் கேட்கப்படும் தோற்ற அதிர்வெண்ணானது, ஒலி மூலத்தின் அதிர்வெண்ணுக்குச் சமமாகவே இருக்கும்.

    (i) ஒலி மூலம் (S) மற்றும் கேட்குநர் (L) இரண்டும் ஓய்வு நிலையில் இருக்கும் போது. (ii) ஒலி மூலம் (S) மற்றும் கேட்குநர் (L) சம இடைவெளியில் நகரும்போது. (iii) ஒலி மூலம் (S) மற்றும் கேட்குநர் (L) ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தாக நகரும்போது. (iv) ஒலி மூலமானது வட்டப்பாதையின் மையப்பகுதியில் அமைந்து, கேட்குநர் வட்டப்பாதையில் நகரும்போது.

    5.5.2 டாப்ளர் விளைவின் பயன்பாடுகள்#

    அ. வாகனம் ஒன்றின் வேகத்தை அளவிடுதல்#

    காவலரின் காரில் பொருத்தப்பட்டிருக்கும் கருவி ஒன்று மின் காந்த அலையை உமிழும், இந்த அலையானது சாலையில் வேகமாக செல்லும் வாகனத்தின் மீது பட்டு எதிரொளிக்கப்படும், எதிரொளித்த அலையின் அதிர்வெண்ணில் மாற்றம் ஏற்படும், அந்த அதிர்வெண்ணின் மாற்றத்தைப் பயன்படுத்தி வாகனத்தின் வேகத்தைக் காண இயலும், இது அதிவேக வாகனங்களைக் கண்காணிக்க உதவுகிறது.

    ஆ. துணைக்கோள் ஒன்றின் தொலைவினைக் கணக்கிடுதல்#

    துணைக்கோள் ஒன்று புவியிலிருந்து வெகு தொலைவிற்குச் செல்லும் போது, அதனால் உமிழப்பட்ட ரேடியோ அலைகளின் அதிர்வெண் குறையும், அந்த அதிர்வெண்ணின் மாற்றத்தைப் பயன்படுத்தி துணைக்கோளின் இருப்பிடத்தைக் கண்டறியலாம்.

    இ. ரேடார் (RADAR – Radio Detection And Ranging)#

    ரேடாரானது அதிர்வெண் மிக்க ரேடியோ அலைகளை ஆகாய விமானத்தை நோக்கி அனுப்பும், எதிரொளித்து வரும் ரேடியோ அலைகளை ரேடார் நிலையத்தில் உள்ள ஏற்பி கண்டறியும். அதிர்வெண்ணில் உள்ள வேறுபாட்டைக் கொண்டு விமானத்தின் வேகத்தைக் கணக்கிடலாம்.

    ஈ. சோனார் (SONAR – Sound Navigation And Ranging)#

    சோனார் கருவியின் மூலம் நீரில் அனுப்பப்பட்ட மற்றும் எதிரொளித்தக் கதிரின் அதிர்வெண் வேறுபாட்டைக் கொண்ட கடல் வாழ் உயிரினங்கள் மற்றும் நீர் முழ்கிக் கப்பல்களைக் கண்டறியலாம்.

    நினைவில் கொள்க#

    • ஒரு ஊடகத்தில் பரவும் அலையின் திசைவேகம் அலைத் திசைவேகம் ஆகும்.
    • திடப்பொருளின் மீட்சிப் பண்பு திரவ, வாயு பொருட்களைவிட அதிகமாக இருப்பதால் ஒலியின் திசைவேகம் அதிகமாக இருக்கும், வாயுக்கள் குறைந்த மீட்சித்தன்மை உடையவை.
    • 20 Hz ஐ விடக் குறைவான அதிர்வெண் உடைய ஒலி குற்றொலி ஆகும், இவைகளை மனிதனால் கேட்க இயலாது.
    • 20,000 Hz ஐ விட அதிகமான அதிர்வெண்ணை உடைய ஒலி மீயொலி ஆகும், இவைகளை மனிதனால் உணர இயலாது.
    • ஒலி அலைகள் எதிரொலிப்பு விதிகளைப் பூர்த்தி செய்யும்.
    • அடர்குறை ஊடகத்தின் விளிம்பில் மோதும் இறுக்கங்கள் எதிரொலிப்பிற்குப் பின் தளர்ச்சிகளாக எதிரொலிக்கும்.
    • எதிரொலி என்பது ஒலியானது பிரதிபலித்து மீண்டும் மீண்டும் கேட்கப்படுவது ஆகும்.
    • எதிரொலி கேட்க வேண்டும் எனில் ஒலி மூலத்திற்கும், எதிரொலிப்புப் பரப்பிற்கும் இடையே குறைந்தபட்சம் 17.2 மீ தொலைவு இருக்க வேண்டும்.
    • தோற்ற அதிர்வெண் என்பது கேட்குநரால் கேட்கப்படும் ஒலியின் அதிர்வெண் ஆகும்.

    பயிற்சி வினாக்கள்#

    I. சரியான விடையைத் தேர்ந்தெடுத்து எழுதுக#

    1. ஒலி அலைகள் காற்றில் பரவும் போது அதன் துகள்கள்

      அ. அலையின் திசையில் அதிர்வுறும். ஆ. அதிர்வுறும், ஆனால் குறிப்பிட்ட திசை இல்லை. இ. அலையின் திசைக்கு செங்குத்தாக அதிர்வுறும் ஈ. அதிர்வுறுவதில்லை.

    2. வாயு ஊடகத்தில் ஒலியின் திசைவேகம் 330 மீவி\(^{-1}\). வெப்பநிலை மாறிலியாக இருக்கும் போது, அதன் அழுத்தம் 4 மடங்கு உயர்த்தப்பட்டால், ஒலியின் திசைவேகம்

      அ. 330 மீவி\(^{-1}\) ஆ. 660 மீவி\(^{-1}\) இ. 156 மீவி\(^{-1}\) ஈ. 990 மீவி\(^{-1}\)

    3. மனிதனால் உணரக்கூடிய செவியுணர் ஒலியின் அதிர்வெண்

      அ. 50 kHz ஆ. 20 kHz இ. 15000 kHz ஈ. 10000 kHz

    4. காற்றில் ஒலியின் திசைவேகம் 330 மீவி\(^{-1}\). அதன் வெப்பநிலை இரட்டிப்பாக்கப்பட்டு, அழுத்தம் பாதியாகக் குறைக்கப்பட்டால் ஒலியின் திசைவேகம் காண்க.

      அ. 330 மீவி\(^{-1}\) ஆ. 165 மீவி\(^{-1}\) இ. \( 330 \times \sqrt{2} \) மீவி\(^{-1}\) ஈ. \( 320 \times \sqrt{2} \) மீவி\(^{-1}\)

    5. \( 1.25 \times 10^4 \) Hz அதிர்வெண் உடைய ஒலியானது 344 மீவி\(^{-1}\) வேகத்தில் பரவுகிறது எனில், அதன் அலை நீளம்?

      அ. 27.52 மீ ஆ. 275.2 மீ இ. 0.02752 மீ ஈ. 2.752 மீ

    6. ஒரு ஒலி அலையானது எதிரொலிக்கப்பட்டு மீண்டும் அதே ஊடகத்தில் பரவும்போது, கீழ்கண்டவற்றுள் எது மாற்றமடையும்

      அ. வேகம் ஆ. அதிர்வெண் இ. அலைநீளம் ஈ. எதுவுமில்லை

    7. ஒரு கோளின் வளிமண்டலத்தில் ஒலியின் திசைவேகம் 500 மீவி\(^{-1}\) எனில் எதிரொலி கேட்க ஒலி மூலத்திற்கும், எதிரொலி தளத்திற்கும் இடையே தேவையான குறைந்தபட்சத் தொலைவு என்ன?

      அ. 17 மீ ஆ. 20 மீ இ. 25 மீ ஈ. 50 மீ

    II. கோட்டிடங்களை நிரப்புக#

    1. ஒரு துகளானது ஒரு மையப்புள்ளியிலிருந்து முன்னும், பின்னும் தொடர்ச்சியாக இயங்குவது _______ ஆகும்.
    2. ஒரு நெட்‌னலையின் ஆற்றலானது தெற்கிலிருந்து வடக்காகப் பரவுகிறது எனில், ஊடகத்தின் துகள்கள் _______ மிருந்து _______ நோக்கி அதிர்வடைகிறது.
    3. 450 Hz அதிர்வெண் உடைய ஊதல் ஒலியானது 33 மீவி\(^{-1}\) வேகத்தில் ஓவ்வு நிலையிலுள்ள கேட்குநரை அடைகிறது. கேட்குநரால் கேட்கப்படும் ஒலியின் அதிர்வெண் _______ (ஒலியின் திசைவேகம் = 330 மீவி\(^{-1}\)).
    4. ஒரு ஒலி மூலமானது 40 கிமீ / மணி வேகத்தில், 2000 Hz அதிர்வெண்ணுடன் கேட்குநரை நோக்கி நகர்கிறது. ஒலியின் திசைவேகம் 1220 கிமீ / மணி எனில் கேட்குநரால் கேட்கப்படும் தோற்ற அதிர்வெண் _______

    III. சரியா, தவறா? (தவறு எனில் காரணம் தருக.)#

    1. ஒலியானது திட, திரவ, வாயு மற்றும் வெற்றிடத்தில் பரவும்.
    2. நில அதிர்வின் போது உருவாகும் அலைகள் குற்றொலி அலைகள் ஆகும்.
    3. ஒலியின் திசைவேகம் வெப்பநிலையச் சார்ந்தது அல்ல
    4. ஒலியின் திசைவேகம் திரவங்களைவிட வாயுக்களில் அதிகம்.

    IV. பொருத்துக#

    1குற்றொலி(a) இறுக்கங்கள்
    2எதிரொலி(b) 22 kHz
    3மீயொலி(c) 10 Hz
    4அழுத்தம் மிகுந்த பகுதி(d) அல்ட்ரா சோனோ கிராபி

    V. பின்வரும் வினாக்களில் கூற்றும் அதனையருத்து காரணமும் கொடுக்கப்பட்டுள்ளன. பின்வருவனவற்றுள் எது சரியான தெரிவோ அதனைத் தெரிவு செய்க.#

    அ) கூற்று மற்றும் காரணம் ஆகிய இரண்டும் சரி. மேலும், காரணம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம் ஆ) கூற்று மற்றும் காரணம் ஆகிய இரண்டும் சரி. ஆனால், காரணம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கமன்று. இ) கூற்று சரியானது. ஆனால் காரணம் சரியன்று. ஈ) கூற்று தவறானது. ஆனால், காரணம் சரியானது.

    1. கூற்று: காற்றின் அழுத்த மாறுபாடு ஒலியின் திசைவேகத்தைப் பாதிக்கும். காரணம்: ஏனெனில் ஒலியின் திசைவேகம், அழுத்தத்தின் இருமடிக்கு நேர்த்தகவில் இருக்கும்.

    2. கூற்று: ஒலி வாயுக்களை விட திடப்பொருளில் வேகமாகச் செல்லும். காரணம்: திடப்பொருளின் அடர்த்தி, வாயுக்களை விட அதிகம்.

    VI. குறு வினாக்கள்#

    1. நெட்‌னலை என்றால் என்ன?
    2. செவியுணர் ஒலியின் அதிர்வெண் என்ன?
    3. எதிரொலிக்குத் தேவையான குறைந்தபட்சத் தொலைவு என்ன?
    4. அலைநீளம் 0.20 மீ உடைய ஒலியானது 331 மீவி\(^{-1}\) வேகத்தில் பரவுகிறது எனில், அதன் அதிர்வெண் என்ன?
    5. மீயொலி உணரும் ஏதேனும் மூன்று விலங்குகளைக் கூறுக.

    VII. சிறு வினாக்கள்#

    1. ஒலியானது கோடை காலங்களை விட மழைக் காலங்களில் வேகமாகப் பரவுவது ஏன்?
    2. நிரம்பிய பாத்திரத்தைவிட காலியான பாத்திரம் அதிக ஒலியை ஏற்படுத்துவது ஏன்?
    3. இராஜஸ்தான் பாலவனங்களில் காற்றின் வெப்பநிலை 46° C ஐ அடைய இயலும். அந்த வெப்பநிலையில் காற்றில் ஒலியின் திசைவேகம் என்ன? \( (v_0 = 331 \ \mathrm{m \ s^{-1}}) \)
    4. இசையரங்கங்களின் மேற்கூறை வளைவாக இருப்பது ஏன்?
    5. டாப்ளர் விளைவு நடைபெற முடியாத இரண்டு நிலைகளைக் கூறுக.

    VIII. கணக்கீடுகள்#

    1. ஒரு ஊடகத்தில் 200 Hz அதிர்வெண் உடைய ஒலியானது 400 மீவி\(^{-1}\) வேகத்தில் பரவுகிறது ஒலி அலையின் அலைநீளம் காண்க.
    2. வானத்தில் மின்னல் ஏற்பட்டு 9.8 விநாடிகளுக்குப் பின்பு இடியோசை கேட்கிறது. காற்றில் ஒலியின் திசைவேகம் 300 மீவி\(^{-1}\) எனில் மேகக்கூட்டங்கள் எவ்வளவு உயரத்தில் உள்ளது?
    3. ஒருவர் 600 Hz அதிர்வெண் உடைய ஒலி மூலத்திலிருந்து 400 மீ தொலைவில் அமர்ந்துள்ளார். ஒலி மூலத்திலிருந்து வரும் அடுத்தடுத்த இறுக்கங்களுக்கான அலைவு நேரத்தைக் காண்க?
    4. ஒரு கப்பலிலிருந்து கடலின் ஆழத்தை நோக்கி மீயொலிக் கதிர்கள் செலுத்தப்படுகிறது. கடலின் ஆழத்தை அடைந்து எதிரொலித்து 1.6 விநாடிகளுக்குப் பிறகு ஏற்பியை அடைகிறது எனில் கடலின் ஆழம் என்ன? (கடல் நீரில் ஒலியின் திசைவேகம் 1400 மீவி\(^{-1}\))
    5. ஒருவர் 680 மீ இடைவெளியில் அமைந்துள்ள இரண்டு செங்குத்தான சுவர்களுக்கு இடையே நிற்கிறார். அவர் தனது கைகளைத் தட்டும் ஒசையானது எதிரொலித்து முறையே 0.9 விநாடி மற்றும் 1.1 விநாடி இடைவெளியில் கேட்கிறது. காற்றில் ஒலியின் திசைவேகம் என்ன?
    6. இரண்டு கேட்குநர்கள் 4.5 கி.மீ இடைவெளியில் இரண்டு படகுகளை நிறுத்தியுள்ளனர். ஒரு படகிலிருந்து, நீரின் மூலம் செலுத்தப்படும் ஒலியானது 3 விநாடிகளுக்குப் பிறகு மற்றொரு படகை அடைகிறது. நீரில் ஒலியின் திசைவேகம் என்ன?
    7. கப்பலிலிருந்து அனுப்பப்பட்ட மீயொலியானது கடலின் ஆழத்தில் எதிரொலித்து மீண்டு ஏற்பியை அடைய 1 விநாடி எடுத்துக்கொள்கிறது. நீரில் ஒலியின் வேகம் 1450 மீவி\(^{-1}\) எனில் கடலின் ஆழம் என்ன?

    IX. விரிவான வினாக்கள்#

    1. வாயுக்களில் ஒலியின் திசைவேகத்தைப் பாதிக்கும் காரணிகள் எவை?
    2. ஒலி எதிரொலித்தல் என்றால் என்ன? விவரி அ) அடர்குறை ஊடகத்தின் விளிம்பில் எதிரொலிப்பு ஆ) அடர்மிகு ஊடகத்தின் விளிம்பில் எதிரொலிப்பு இ) வளைவானப் பரப்புகளில் ஒலி எதிரொலிப்பு
    3. அ) மீயொலி அதிர்வுறுதல் என்றால் என்ன? ஆ) மீயொலி அதிர்வுறுதலின் பயன்கள் யாவை? இ) மீயொலி அதிர்வுகளை உணரும் ஏதேனும் மூன்று விலங்குகளைக் கூறுக.
    4. எதிரொலி என்றால் என்ன? அ) எதிரொலி கேட்பதற்கான இரண்டு நிபந்தனைகளைக் கூறுக. ஆ) எதிரொலியின் மருத்துவ பயன்களைக் கூறுக. இ) எதிரொலியைப் பயன்படுத்தி ஒலியின் திசைவேகத்தைக் காண்க?

    X. உயர் சிந்தனை வினாக்கள்#

    1. ஒலி அலையும் ஒளி அலையும் ஒரே அதிர்வெண்ணைக் கொண்டிருந்தால் கீழ்க்கண்டவற்றுள் எந்த அலை அதிக அலைநீளத்தைக் கொண்டிருக்கும்?

      அ. ஒலி ஆ. ஒளி இ. அ மற்றும் ஆ ஈ. போதுமான தகவல் இல்லை

    2. ஒலியானது தொலைவில் உள்ள ஒரு தடையின்மீது படும்போது எதிரொலி ஏற்படுகிறது. ஒலி மூலத்திற்கும் தடைக்கும் இடையேயான தொலைவு மாறாதபோது கோடைகாலங்களில் எதிரொலி கேட்குமா? விடைக்கான காரணத்தைக் கூறு.

    பிற நூல்கள்#

    1. Fundamental Physics by K.L. Gomber and K.L. Gogia
    2. Fundamentals of sound and vibration by Franky Fahy and David Thomson
    3. The theory of sound by Rayleigh and John William Strutt

    இணைய வளங்கள்#

    1. http://people.bath.ac.uk/ensmjc/Notes/acoustics.pdf
    Side Content