নবম শ্রেণি: ভৌত বিজ্ঞান, অধ্যায় – 7 শব্দ ব্যাখ্যামূলক প্রশ্নোত্তর মান 3

[Image of longitudinal vs transverse wave diagram]

১) উষ্ণতা: উষ্ণতা বাড়লে বায়ুর ঘনত্ব কমে, ফলে শব্দের বেগ বাড়ে।
২) আর্দ্রতা: জলীয় বাষ্প শুষ্ক বায়ু অপেক্ষা হালকা। তাই আর্দ্রতা বাড়লে বাতাসের ঘনত্ব কমে এবং শব্দের বেগ বাড়ে।
৩) গ্যাসের ঘনত্ব: শব্দের বেগ ঘনত্বের বর্গমূলের ব্যস্তানুপাতিক ($v \propto 1/\sqrt{d}$)। হালকা গ্যাসে শব্দের বেগ বেশি।

দেওয়া আছে,
কম্পাঙ্ক ($n$) = 256 Hz
বেগ ($v$) = 332 m/s
আমরা জানি, $v = n\lambda$
বা, $\lambda = v / n$
$= 332 / 256$
$= 1.296$ মিটার (প্রায়)।
$\therefore$ তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রায় 1.3 মিটার।

মানুষের মস্তিষ্কে শব্দের অনুভূতি 0.1 সেকেন্ড স্থায়ী হয়।
বায়ুতে শব্দের বেগ প্রায় 332 m/s ধরা হলে,
0.1 সেকেন্ডে শব্দ অতিক্রম করে = $332 \times 0.1 = 33.2$ মিটার।
প্রতিধ্বনি শুনতে হলে শব্দকে উৎস থেকে প্রতিফলকে গিয়ে আবার ফিরে আসতে হয়।
$\therefore$ মোট দূরত্ব $2d = 33.2$ মিটার।
বা, $d = 33.2 / 2 = 16.6$ মিটার।

দেওয়া আছে,
সময় ($t$) = 3 সেকেন্ড
বেগ ($v$) = 340 m/s
ধরি, দূরত্ব = $d$
প্রতিধ্বনির ক্ষেত্রে, $2d = v \times t$
বা, $d = (v \times t) / 2$
$= (340 \times 3) / 2$
$= 1020 / 2 = 510$ মিটার।
$\therefore$ পাহাড়টি 510 মিটার দূরে ছিল।

একটি বায়ুরোধী কাঁচের বেল-জারের মধ্যে একটি ইলেকট্রিক বেল রাখা হলো। বেলটি বাজালে বাইরে থেকে শব্দ শোনা যায়। এবার বায়ু নিষ্কাশন পাম্পের সাহায্যে জারের বাতাস ধীরে ধীরে বের করে নিলে দেখা যাবে শব্দের তীব্রতা কমছে। যখন জারটি প্রায় বায়ুশূন্য হয়ে যাবে, তখন হাতুড়িটি বেলটিতে আঘাত করলেও বাইরে থেকে আর শব্দ শোনা যাবে না। এতেই প্রমাণিত হয় শব্দ বিস্তারের জন্য জড় মাধ্যমের প্রয়োজন।

[Image of Bell jar experiment sound]

আকাশে মেঘে মেঘে ঘর্ষণের ফলে একই সাথে আলো (বিদ্যুৎ) ও শব্দ (বজ্রপাত) উৎপন্ন হয়। আলোর বেগ ($3 \times 10^8$ m/s) শব্দের বেগের (332 m/s) চেয়ে প্রায় 10 লক্ষ গুণ বেশি। তাই আলো চোখের পলকে পৃথিবীতে এসে পৌঁছায়, কিন্তু শব্দ আসতে বেশ কিছুটা সময় লাগে। এজন্য আমরা আগে আলো দেখি এবং পরে শব্দ শুনি।

50টি কম্পনে অতিক্রান্ত দূরত্ব = 17 মি।
$\therefore$ 1টি কম্পনে অতিক্রান্ত দূরত্ব (তরঙ্গদৈর্ঘ্য $\lambda$) = $17/50 = 0.34$ মি।
বেগ $v = 340$ m/s।
আমরা জানি, $v = n\lambda$
বা, $n = v / \lambda = 340 / 0.34$
$= 34000 / 34 = 1000$ Hz।
$\therefore$ কম্পাঙ্ক 1000 Hz।

১) SONAR: সমুদ্রের গভীরতা মাপতে বা ডুবোজাহাজ শনাক্ত করতে।
২) চিকিৎসা বিজ্ঞান: আল্ট্রাসনোগ্রাফি (USG) করে শরীরের ভেতরের অঙ্গ-প্রত্যঙ্গের ছবি তুলতে।
৩) পরিষ্কারকরণ: সূক্ষ্ম যন্ত্রপাতি বা ঘড়ির পার্টস পরিষ্কার করতে।

সংজ্ঞা: কোনো বড় হলঘরে শব্দ করলে দেওয়াল, ছাদ ও মেঝেতে বারবার প্রতিফলিত হয়ে মূল শব্দের রেশ বা জের অনেকক্ষণ ধরে বজায় থাকে। একে অনুরণন বলে।
ভালো/খারাপ: অতিরিক্ত অনুরণন শ্রবণে অসুবিধা সৃষ্টি করে (খারাপ), তবে সামান্য অনুরণন গানের গাম্ভীর্য বাড়াতে সাহায্য করে।

দেওয়া আছে,
পর্যায়কাল ($T$) = 0.05 s
$\therefore$ কম্পাঙ্ক ($n$) = $1/T = 1/0.05 = 100/5 = 20$ Hz।
বেগ ($v$) = 300 m/s।
সূত্র: $v = n\lambda$
বা, $\lambda = v / n = 300 / 20 = 15$ মিটার।

১) আপতিত শব্দ তরঙ্গ, প্রতিফলিত শব্দ তরঙ্গ এবং আপতন বিন্দুতে প্রতিফলকের ওপর অঙ্কিত অভিলম্ব একই সমতলে থাকে।
২) আপতন কোণ এবং প্রতিফলন কোণ সর্বদা সমান হয় ($\angle i = \angle r$)।

স্টেথোস্কোপ যন্ত্রে একটি চেস্ট পিস (ডায়াফ্রাম) এবং দুটি ইয়ার পিস থাকে যা একটি রাবার নল দিয়ে যুক্ত। যখন চেস্ট পিসটি রোগীর বুকে ধরা হয়, তখন হৃৎপিণ্ডের মৃদু শব্দ নলের ভেতরের দেওয়ালে বারবার প্রতিফলিত হতে হতে কোনো শক্তি ক্ষয় না করেই ডাক্তারের কানে পৌঁছায়।

জাহাজের নিচে একটি প্রেরক যন্ত্র (Transmitter) এবং একটি গ্রাহক যন্ত্র (Receiver) থাকে। প্রেরক থেকে শব্দোত্তর তরঙ্গ (Ultrasonic wave) সমুদ্রের তলদেশে পাঠানো হয়। সেই শব্দ সমুদ্রের তলায় বাধা পেয়ে প্রতিফলিত হয়ে ফিরে আসে এবং গ্রাহক যন্ত্রে ধরা পড়ে। শব্দ যাওয়া ও আসার মোট সময় ($t$) এবং জলে শব্দের বেগ ($v$) জানা থাকলে গভীরতা ($d$) নির্ণয় করা যায়: $2d = v \times t \Rightarrow d = vt/2$।

দেওয়া আছে,
সময় ($t$) = 4 সেকেন্ড
বেগ ($v$) = 1500 m/s
গভীরতা ($d$) = ?
আমরা জানি, $2d = v \times t$
বা, $d = (1500 \times 4) / 2$
$= 6000 / 2 = 3000$ মিটার বা 3 কিমি।

১) পাথর পড়ার সময় ($t_1$):
$h = ut + \frac{1}{2}gt^2 \Rightarrow 70 = 0 + \frac{1}{2} \times 10 \times t_1^2$
$\Rightarrow 5t_1^2 = 70 \Rightarrow t_1^2 = 14 \Rightarrow t_1 \approx 3.74$ সেকেন্ড।
২) শব্দ ওপরে আসার সময় ($t_2$):
$t_2 = \text{দূরত্ব} / \text{বেগ} = 70 / 350 = 0.2$ সেকেন্ড।
$\therefore$ মোট সময় = $3.74 + 0.2 = 3.94$ সেকেন্ড।

সম্পর্ক: অনুনাদ হলো পরবশ কম্পনের একটি বিশেষ অবস্থা। সকল অনুনাদই পরবশ কম্পন, কিন্তু সকল পরবশ কম্পন অনুনাদ নয়।
শর্ত: যখন বাইরে থেকে প্রযুক্ত পর্যায়বৃত্ত বলের কম্পাঙ্ক বস্তুর নিজস্ব বা স্বাভাবিক কম্পাঙ্কের সমান হয়, তখনই কেবল অনুনাদ সৃষ্টি হয়।

বাদুড় ওড়ার সময় মুখ দিয়ে উচ্চ কম্পাঙ্কের শব্দোত্তর শব্দ (Ultrasonic) সৃষ্টি করে। এই শব্দ সামনের কোনো বাধা বা শিকারের গায়ে লেগে প্রতিফলিত হয়ে বাদুড়ের কানে ফিরে আসে। প্রতিধ্বনি শুনে বাদুড় বুঝতে পারে বাধাটি কত দূরে বা কী আকারের, ফলে সে অন্ধকারেও না ধাক্কা খেয়ে পথ চলতে পারে।

শব্দ দূষণ: পরিবেশের সহনসীমা অতিক্রমকারী কর্কশ ও তীব্র শব্দ যা মানুষের শারীরিক ও মানসিক স্বাস্থ্যের ক্ষতি করে, তাকে শব্দ দূষণ বলে (সাধারণত 65 dB-এর বেশি)।
প্রভাব: ১) সাময়িক বা স্থায়ী বধিরতা (কানের পর্দা ফেটে যাওয়া)। ২) উচ্চ রক্তচাপ, হৃদরোগ এবং অনিদ্রা।

কম্পাঙ্ক ($n$) = 2 kHz = 2000 Hz
তরঙ্গদৈর্ঘ্য ($\lambda$) = 35 cm = 0.35 m
বেগ ($v$) = $n\lambda = 2000 \times 0.35 = 700$ m/s
অতিক্রান্ত দূরত্ব ($s$) = 1.5 km = 1500 m
সময় ($t$) = $s / v = 1500 / 700 \approx 2.14$ সেকেন্ড।

পুরুষদের স্বরতন্ত্রী (Vocal cord) শক্ত ও লম্বা হয়, তাই কম্পাঙ্ক কম হয় এবং গলার স্বর মোটা বা গম্ভীর হয় (তীক্ষ্ণতা কম)।
নারীদের স্বরতন্ত্রী ছোট ও টানটান থাকে, তাই কম্পাঙ্ক বেশি হয় এবং গলার স্বর সরু বা তীক্ষ্ণ হয় (তীক্ষ্ণতা বেশি)।

সুরশলাকার কম্পাঙ্ক ($n$) মাধ্যমের ওপর নির্ভর করে না, এটি ধ্রুবক।
বায়ুতে বেগ $v_1 = n\lambda_1$
জলে বেগ $v_2 = n\lambda_2$
$\therefore$ বেগের অনুপাত $v_1 : v_2 = n\lambda_1 : n\lambda_2 = \lambda_1 : \lambda_2$।
অর্থাৎ, বেগের অনুপাত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের অনুপাতের সমান।

সুবিধা: এই পাল্লার (20-20,000 Hz) মধ্যেই আমরা কথা বলি ও শুনি, যা আমাদের যোগাযোগের প্রধান মাধ্যম।
অসুবিধা: এর বাইরের শব্দ (যেমন ভূমিকম্পের শব্দ বা বাদুড়ের ডাক) আমরা শুনতে পাই না, ফলে প্রাকৃতিক দুর্যোগের আগাম সংকেত থেকে বঞ্চিত হই।

বেগ ($v$) = 330 m/s
তরঙ্গদৈর্ঘ্য ($\lambda$) = 40 cm = 0.4 m
কম্পাঙ্ক ($n$) = $v / \lambda = 330 / 0.4 = 3300 / 4 = 825$ Hz।
হ্যাঁ, এটি শ্রুতিগোচর হবে, কারণ 825 Hz, 20-20,000 Hz পাল্লার মধ্যে পড়ে।

মশা সেকেন্ডে 20 বারের বেশি ডানা ঝাপটায়, তাই উৎপন্ন শব্দের কম্পাঙ্ক 20 Hz-এর বেশি হয় এবং আমরা শুনতে পাই। কিন্তু পাখি সেকেন্ডে 20 বারের কম ডানা ঝাপটায়, তাই উৎপন্ন শব্দ শব্দেতর (Infrasonic) হয়, যা আমাদের কানে ধরা পড়ে না।

প্রতিফলন: শব্দ এক মাধ্যম থেকে অন্য মাধ্যমের বিভেদতলে বাধা পেয়ে আবার প্রথম মাধ্যমে ফিরে আসে (যেমন প্রতিধ্বনি)।
প্রতিসরণ: শব্দ এক মাধ্যম থেকে অন্য মাধ্যমে প্রবেশ করে এবং গতির দিক পরিবর্তন করে (যেমন দিনে ও রাতে শব্দের দূরত্বের ভিন্নতা)।

কম্পাঙ্ক ($n$) ধ্রুবক।
বায়ুতে: $v_1 = n\lambda_1 \Rightarrow n = 340 / 0.2 = 1700$ Hz।
জলে: $v_2 = n\lambda_2 = 1700 \times 0.8 = 1360$ m/s।
$\therefore$ জলে শব্দের বেগ 1360 m/s।

বর্ষাকালে বাতাসে জলীয় বাষ্পের পরিমাণ বেশি থাকে, ফলে বাতাসের ঘনত্ব কমে যায়। আমরা জানি, ঘনত্ব কমলে শব্দের বেগ বাড়ে ($v \propto 1/\sqrt{d}$)। শব্দের বেগ বাড়ার ফলে এবং বাতাসে ধূলিকণা কম থাকায় শব্দ কম বাধাপ্রাপ্ত হয়ে অনেক দূর পর্যন্ত শোনা যায়।

কারণ আলোর বেগ শব্দের বেগের চেয়ে অনেক গুণ বেশি। আলোর বেগ সেকেন্ডে প্রায় 30 কোটি মিটার ($3 \times 10^8$ m/s), আর শব্দের বেগ মাত্র 332 মিটার। তাই বিদ্যুৎ চমকানোর সাথে সাথে আলো আমাদের চোখে এসে পড়ে, কিন্তু শব্দ আসতে বেশ কিছুটা সময় লাগে।

শব্দ চলাচলের জন্য বাতাস বা অন্য কোনো জড় মাধ্যমের প্রয়োজন হয়। চাঁদে কোনো বায়ুমণ্ডল নেই, সেখানে শুধুই শূন্যস্থান। যেহেতু শূন্যস্থানে শব্দ চলাচল করতে পারে না, তাই চাঁদে কোনো শব্দ শোনা যায় না।

বাদুড় ওড়ার সময় মুখ দিয়ে উচ্চ কম্পাঙ্কের শব্দোত্তর শব্দ (Ultrasonic sound) তৈরি করে। এই শব্দ সামনের কোনো বাধা বা শিকারের গায়ে লেগে প্রতিফলিত হয়ে বাদুড়ের কানে ফিরে আসে। এই প্রতিধ্বনি শুনেই তারা বুঝতে পারে সামনে কী আছে এবং অন্ধকারেও নিরাপদে উড়তে পারে।

বর্ষাকালে বাতাসে জলীয় বাষ্প বেশি থাকে। জলীয় বাষ্প শুষ্ক বাতাসের চেয়ে হালকা, ফলে বাতাসের ঘনত্ব কমে যায়। আমরা জানি, ঘনত্ব কমলে শব্দের বেগ বাড়ে। তাই বর্ষাকালে শব্দ দ্রুত চলে এবং অনেক দূর থেকে শোনা যায়।

আমাদের কানে শব্দের রেশ 0.1 সেকেন্ড স্থায়ী থাকে। প্রতিধ্বনি শোনার জন্য প্রতিফলক বা দেওয়ালের দূরত্ব অন্তত 16.6 মিটার হওয়া দরকার। ছোটো ঘরে এই দূরত্ব কম থাকে, ফলে প্রতিফলিত শব্দ 0.1 সেকেন্ডের আগেই কানে চলে আসে এবং মূল শব্দের সাথে মিশে যায়। তাই আলাদা করে প্রতিধ্বনি বোঝা যায় না।