ధ్వని, తరంగాలు: ప్రతిధ్వని, అతిధ్వనులు…

ముఖ్య వాస్తవాలు

ధ్వనికి యానకం అవసరం (ఘన, ద్రవ లేదా వాయు). ఇది శూన్యంలో ప్రయాణించలేదు.
ధ్వని అనుదైర్ఘ్య తరంగం (సంపీడనాలు, విరళీకరణాలు). కాంతి, అన్ని EM తరంగాలు తిర్యక్ తరంగాలు.
ధ్వని వేగం ఘనపదార్థాల్లో అత్యధికం, ద్రవాల్లో తక్కువ, వాయువుల్లో అత్యల్పం. సుమారు విలువలు: గాలిలో సుమారు 340 m/s (గది ఉష్ణోగ్రత (temperature) వద్ద), నీటిలో సుమారు 1,500 m/s, ఉక్కులో సుమారు 5,000 m/s. ఉష్ణోగ్రత పెరిగితే ఇది పెరుగుతుంది.
మానవులకు శ్రవ్య అవధి (audible range): 20 Hz నుంచి 20,000 Hz.
- పరశ్రావ్య ధ్వనులు (infrasound): 20 Hz కంటే తక్కువ (ఏనుగులు, తిమింగలాలు, భూకంపాలు).
- అతిధ్వనులు (ultrasound): 20 kHz కంటే ఎక్కువ (గబ్బిలాలు, డాల్ఫిన్లు, పోర్పాయిస్‌లు).
కీచుదనం (pitch) పౌనఃపున్యం (frequency) మీద ఆధారపడుతుంది; ధ్వని తీవ్రత (loudness) కంపన పరిమితి (amplitude) మీద (డెసిబెల్, dBలో కొలుస్తారు); ఒకే కీచుదనం, తీవ్రత గల రెండు ధ్వనులను నాణ్యత (timbre) వేరు చేస్తుంది.
ప్రతిధ్వని (echo): విడిగా వినిపించే పరావర్తన (reflection) ధ్వని; దీనికి కనీసం సుమారు 17 m దూరంలో పరావర్తకం అవసరం (చెవి ఒక ధ్వనిని 0.1 s పాటు నిలుపుకుంటుంది).
అతిధ్వనుల ఉపయోగాలు: సోనార్ (SONAR), అల్ట్రాసోనోగ్రఫీ (స్కానింగ్), సున్నితమైన భాగాలను శుభ్రం చేయడం, వెల్డింగ్, లోహాల్లో (metal) లోపాలను గుర్తించడం.
డాప్లర్ ప్రభావం (Doppler effect): ధ్వని జనకం, పరిశీలకుడు సాపేక్ష చలనంలో (motion) ఉన్నప్పుడు పౌనఃపున్యంలో కనిపించే మార్పు.
EM వర్ణపటం, పౌనఃపున్యం పెరిగే క్రమంలో: రేడియో తరంగాలు, మైక్రోతరంగాలు, పరారుణ, దృశ్య కాంతి, అతినీలలోహిత, ఎక్స్-కిరణాలు (X-rays), గామా కిరణాలు.
అన్ని EM తరంగాలు శూన్యంలో 3 x 10⁸ m/s వేగంతో ప్రయాణిస్తాయి.

వివరణ

శబ్దం, దాని పరిమితులు. శబ్ద కాలుష్య (నియంత్రణ) నియమాలు, 2000 (Noise Pollution (Regulation and Control) Rules, 2000) పరిసర ప్రమాణాలను నిర్దేశించాయి:

ప్రాంతం	పగలు (ఉ. 6-రా. 10)	రాత్రి
పారిశ్రామిక	75 dB	70 dB
వాణిజ్య	65 dB	55 dB
నివాస	55 dB	45 dB
నిశ్శబ్ద మండలం	50 dB	40 dB

సాధారణ సంభాషణ సుమారు 60 dB; సుమారు 85 dB కంటే ఎక్కువ శబ్దానికి ఎక్కువ కాలం గురైతే వినికిడి దెబ్బతినవచ్చు.

ఆచరణలో ధ్వని పరావర్తనం. సోనార్‌లో ప్రతిధ్వనులను ఉపయోగిస్తారు; హాళ్లలో ప్రతినాదం (reverberation) (పదేపదే పరావర్తనాల వల్ల ధ్వని కొనసాగడం) తెరలు, తివాచీలు, వంపు పైకప్పులతో నియంత్రిస్తారు. స్టెతస్కోప్‌లు, మెగాఫోన్‌లు, హారన్‌లు పరావర్తనాన్ని ఉపయోగిస్తాయి.

సోనార్ (Sound Navigation and Ranging) అతిధ్వనులను పంపి, ప్రతిధ్వనికి పట్టే సమయాన్ని కొలిచి సముద్ర లోతు, చేపల గుంపులు, జలాంతర్గాములను (submarines) గుర్తిస్తుంది. రాడార్ (RADAR) ధ్వనిని కాదు, రేడియో తరంగాలు, మైక్రోతరంగాలను ఉపయోగిస్తుంది.

డాప్లర్ ప్రభావం ఉపయోగాలు: పోలీసు స్పీడ్ గన్‌లు, డాప్లర్ వాతావరణ రాడార్, వైద్యంలో రక్త (blood) ప్రవాహ స్కాన్‌లు, దూరమవుతున్న గెలాక్సీల రెడ్‌షిఫ్ట్ (redshift).

విద్యుదయస్కాంత వర్ణపటం, ఉపయోగాలు

ప్రాంతం	ఉపయోగం / వాస్తవం
రేడియో	ప్రసారాలు, మొబైల్, టీవీ సమాచార ప్రసారం
మైక్రోతరంగం	రాడార్, మైక్రోవేవ్ ఓవెన్, ఉపగ్రహ (satellite) అనుసంధానాలు
పరారుణ	రిమోట్ కంట్రోల్‌లు, రాత్రి దృష్టి, ఉష్ణం (heat)
దృశ్య (సుమారు 400-700 nm)	దృష్టి
అతినీలలోహిత	సూక్ష్మజీవ నిర్మూలన, విటమిన్ (vitamin) D సంశ్లేషణ; ఓజోన్ దీనిని గ్రహిస్తుంది
ఎక్స్-కిరణాలు	వైద్య చిత్రీకరణ, విమానాశ్రయ భద్రత
గామా కిరణాలు	క్యాన్సర్ చికిత్స, సూక్ష్మజీవ నిర్మూలన

సోనిక్ బూమ్ (sonic boom): ధ్వని కంటే వేగంగా కదిలే వస్తువు (మాక్ సంఖ్య 1 కంటే ఎక్కువ) ఒక అఘాత తరంగాన్ని సృష్టిస్తుంది, అది పెద్ద శబ్దంగా వినిపిస్తుంది.

తరచూ చేసే పొరపాట్లు

✗ "ధ్వని గాలిలో అత్యంత వేగంగా ప్రయాణిస్తుంది." ✓ ఘనపదార్థాల్లో అత్యంత వేగంగా, వాయువుల్లో అత్యంత నెమ్మదిగా.
✗ "అతిధ్వనులు 20 Hz కంటే తక్కువ." ✓ 20 Hz కంటే తక్కువ ఉండేవి పరశ్రావ్య ధ్వనులు; అతిధ్వనులు 20 kHz కంటే ఎక్కువ.
✗ "ధ్వని తిర్యక్ తరంగం." ✓ ఇది అనుదైర్ఘ్య తరంగం.
✗ "రాడార్ అతిధ్వనులను ఉపయోగిస్తుంది." ✓ రాడార్ రేడియో/మైక్రోతరంగాలను ఉపయోగిస్తుంది; సోనార్ అతిధ్వనులను ఉపయోగిస్తుంది.
✗ "గామా కిరణాల తరంగదైర్ఘ్యం అత్యధికం." ✓ వాటిది అత్యల్పం; రేడియో తరంగాలది అత్యధికం.
✗ "ధ్వని తీవ్రతను హెర్ట్జ్‌లో కొలుస్తారు." ✓ ధ్వని తీవ్రత డెసిబెల్‌లో; హెర్ట్జ్ పౌనఃపున్యానికి ప్రమాణం.

త్వరిత పునశ్చరణ

ధ్వని: యాంత్రిక, అనుదైర్ఘ్య తరంగం, యానకం అవసరం.
శ్రవ్య అవధి 20 Hz నుంచి 20 kHz; దాని కంటే తక్కువ పరశ్రావ్య, ఎక్కువ అతిధ్వనులు.
వేగం: ఘన > ద్రవ > వాయు.
ప్రతిధ్వనికి సుమారు 17 m దూరం అవసరం.
ధ్వని తీవ్రత dBలో; కీచుదనం అంటే పౌనఃపున్యం.
సోనార్ = ధ్వని; రాడార్ = రేడియో తరంగాలు.
EM క్రమం (తక్కువ నుంచి ఎక్కువ పౌనఃపున్యం): రేడియో, మైక్రోతరంగం, IR, దృశ్య, UV, ఎక్స్-కిరణం, గామా.
అన్ని EM తరంగాలు శూన్యంలో 3 x 10⁸ m/s.

ఇంకా లోతుగా: లోతైన విశ్లేషణ, మెయిన్స్ రాత (APPSC Paper I సాధారణంగా అడిగే స్థాయి కంటే ఎక్కువ)

లోతైన విశ్లేషణ

తరంగ పదాలు: తరంగదైర్ఘ్యం (wavelength), పౌనఃపున్యం, వేగం v = f x తరంగదైర్ఘ్యం ద్వారా సంబంధం కలిగి ఉంటాయి. తరంగం కొత్త యానకంలోకి ప్రవేశించినప్పుడు పౌనఃపున్యం మారదు; వేగం, తరంగదైర్ఘ్యం మారతాయి.
వ్యతికరణం, విస్పందనాలు, అనునాదం. దగ్గరి పౌనఃపున్యాలు గల రెండు ధ్వనులు విస్పందనాలను (beats) ఇస్తాయి; సహజ పౌనఃపున్యంతో సరిపోలితే అనునాదం (resonance) కలుగుతుంది (ఉయ్యాల, ధ్వనికి పగిలే గాజు గ్లాసు, వంతెనపై సైనికులు అడుగులు కలపకుండా నడవడం).
వైద్య అతిధ్వనులు కొన్ని MHz పౌనఃపున్యాలను ఉపయోగిస్తాయి; అయనీకరణ వికిరణం (radiation) ఉండదు కాబట్టి గర్భధారణ స్కాన్‌లలో వాడతారు. లిథోట్రిప్సీ అఘాత తరంగాలతో మూత్రపిండాల (kidney) రాళ్లను పగలగొడుతుంది.
మాక్స్‌వెల్ EM తరంగాలను ఊహించాడు (1860లలో); హెర్ట్జ్ రేడియో తరంగాలను ఉత్పత్తి చేశాడు (1887). ఓజోన్ పొర హానికరమైన స్వల్ప తరంగ UVని (UV-C, చాలావరకు UV-B) గ్రహిస్తుంది.
మైక్రోవేవ్ ఓవెన్ ఆహారంలోని నీటి అణువులను (molecules) తిప్పడం ద్వారా పనిచేస్తుంది; నీరు ఎక్కువగా ఉండే ఆహారాన్ని వేడి చేస్తుంది. మొబైల్ నెట్‌వర్క్‌లు రేడియో, మైక్రోతరంగ బ్యాండ్‌లను ఉపయోగిస్తాయి; వాటి బహిర్గత పరిమితులను నియంత్రణ సంస్థలు నిర్ణయిస్తాయి.
రెడ్‌షిఫ్ట్, హబుల్: దూర గెలాక్సీల వర్ణపట రేఖలు ఎక్కువ తరంగదైర్ఘ్యాల వైపు జరుగుతాయి; ఇది విశ్వం విస్తరిస్తోందనడానికి సాక్ష్యం.
సునామీ, భూకంప తరంగాలు (P-తరంగాలు అనుదైర్ఘ్య, S-తరంగాలు తిర్యక్) యాంత్రిక తరంగాలు, EM తరంగాలు కావు; S-తరంగాలు ద్రవం గుండా ప్రయాణించలేవు, దీని ద్వారా భూమి బాహ్య కేంద్రమండలం ద్రవ రూపంలో ఉందని తెలిసింది.

మెయిన్స్ రాత

చట్రం: తరంగాలు సమాచార ప్రసారం, ఆరోగ్యం, రక్షణ సాంకేతికతకు (defence technology) పునాది; శబ్దం గుర్తింపు పొందిన కాలుష్య కారకం.
విశ్లేషణ:
- అతిధ్వనులు, ఎక్స్-కిరణాలు రోగ నిర్ధారణను చౌకగా, శరీరాన్ని కోయకుండా చేయగలిగేలా మార్చాయి; అయితే లింగ నిర్ధారణ (sex determination) కోసం స్కానింగ్ దుర్వినియోగం PCPNDT చట్టం, 1994కు దారితీసింది.
- రేడియో, మైక్రోతరంగ వర్ణపటం (స్పెక్ట్రమ్) అరుదైన ప్రజా వనరు; వేలం, నియంత్రణ ద్వారా కేటాయిస్తారు.
- ట్రాఫిక్, లౌడ్‌స్పీకర్ల వల్ల పట్టణ శబ్దం ఆరోగ్యాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది; నియమాలు ఉన్నా అమలు బలహీనం.
ముందున్న మార్గం: శబ్ద నియమాలను కఠినంగా అమలు చేయడం, ఆసుపత్రులు, పాఠశాలల దగ్గర నిశ్శబ్ద మండలాలు, బాధ్యతాయుత స్పెక్ట్రమ్ విధానం.
ఉదాహరణ: డాప్లర్ వాతావరణ రాడార్లు తూర్పు తీరం వెంబడి తుఫానులను అంచనా వేయడానికి, ముందస్తు హెచ్చరికలు ఇవ్వడానికి సహాయపడతాయి.

Medha AI writes its own notes and checks them against the sources listed. Medha AI is an independent preparation service. It is not affiliated with, endorsed by or connected to APPSC, TGPSC (formerly TSPSC), MPSC, UPSC or any other commission or government body.