ध्वनि ऊर्जा: विशेषताएँ, प्रकार, उपयोग, फायदे, उदाहरण - शारीरिक - 2025

ध्वनि ऊर्जा या कि ध्वनि तरंगों ले जा रहा है के रूप में वे एक माध्यम में प्रचार, जैसे हवा, एक तरल या ठोस रूप में एक गैस हो सकती है जो ध्वनिक। मनुष्य और कई जानवर पर्यावरण के साथ बातचीत करने के लिए ध्वनिक ऊर्जा का उपयोग करते हैं।

इसके लिए उनके पास विशेष अंग हैं, उदाहरण के लिए मुखर डोरियां, कंपन उत्पन्न करने में सक्षम। इन कंपन को उनकी व्याख्या के प्रभारी अन्य विशेष अंगों तक पहुंचने के लिए हवा में ले जाया जाता है।

ध्वनिक ऊर्जा को शहनाई की ध्वनि के माध्यम से संगीत में अनुवादित किया जाता है। स्रोत: पिक्साबे

कंपन हवा में या माध्यम से चारों ओर घूमने वाले माध्यमों में लगातार संकुचन और विस्तार का कारण बनता है, जो एक निश्चित गति के साथ प्रचार करते हैं। यह वे कण नहीं हैं जो यात्रा करते हैं, बल्कि वे अपनी संतुलन स्थिति के संबंध में दोलन करते हैं। गड़बड़ी वह है जो प्रसारित होती है।

अब, जैसा कि ज्ञात है, जो वस्तुएं चलती हैं उनमें ऊर्जा होती है। इस प्रकार, वे जिस माध्यम में यात्रा करते हैं, वे कणों की गति (गतिज ऊर्जा) से जुड़ी ऊर्जा को भी अपने साथ ले जाते हैं, और यह भी कि ऊर्जा को मध्यम आंतरिक रूप से कहा जाता है, जिसे संभावित ऊर्जा कहा जाता है।

विशेषताएँ

जैसा कि ज्ञात है, जो वस्तुएं चलती हैं उनमें ऊर्जा होती है। इसी तरह, तरंगें जैसे ही वे माध्यम में यात्रा करती हैं, उनके साथ कणों की गति (गतिज ऊर्जा) से जुड़ी ऊर्जा और माध्यम या संभावित ऊर्जा के विरूपण की ऊर्जा भी ले जाती है।

माध्यम का एक बहुत छोटा हिस्सा, जो हवा हो सकता है, मान लें कि प्रत्येक कण में u है, जिसमें गतिज ऊर्जा K दी गई है:

इसके अलावा, कण में संभावित ऊर्जा यू होती है जो उस मात्रा परिवर्तन पर निर्भर करती है जो इसे अनुभव करता है, जहां Vo प्रारंभिक मात्रा है, V अंतिम मात्रा है और पी दबाव है, जो स्थिति और समय पर निर्भर करता है:

नकारात्मक संकेत संभावित ऊर्जा में वृद्धि का संकेत देता है, क्योंकि एक सकारात्मक ध्वनिक दबाव के कारण, इसे संपीड़ित करते समय प्रसार तरंग मात्रा तत्व dV पर काम करती है।

प्रारंभिक घनत्व ρ _o और प्रारंभिक मात्रा V _{o के} संदर्भ में द्रव तत्व का द्रव्यमान है:

और द्रव्यमान कैसे संरक्षित किया जाता है (द्रव्यमान के संरक्षण का सिद्धांत):

इसलिए कुल ऊर्जा इस तरह है:

संभावित ऊर्जा की गणना

अभिन्न को द्रव्यमान के संरक्षण के सिद्धांत का उपयोग करके हल किया जा सकता है

एक स्थिर का व्युत्पन्न 0 है, इसलिए (ρ V) '= 0. इसलिए:

आइजैक न्यूटन ने निर्धारित किया है कि:

(डीपी / डेला) = सी ²

जहाँ c प्रश्न में द्रव में ध्वनि की गति का प्रतिनिधित्व करता है। अभिन्न में उपरोक्त को प्रतिस्थापित करके, माध्यम की संभावित ऊर्जा प्राप्त की जाती है:

यदि A _p और A _v क्रमशः दबाव तरंग और वेग के आयाम हैं, तो ध्वनि तरंग की औसत ऊर्जा _v है:

ध्वनि की तीव्रता नामक मात्रा की विशेषता हो सकती है।

ध्वनि की तीव्रता को ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया जाता है जो एक सेकंड में इकाई क्षेत्र से गुजरता है जो ध्वनि प्रसार की दिशा के लंबवत है।

चूंकि प्रति यूनिट समय ऊर्जा पी है, ध्वनि की तीव्रता मैं के रूप में व्यक्त की जा सकती है:

प्रत्येक प्रकार की ध्वनि तरंग में एक विशिष्ट आवृत्ति होती है और एक निश्चित ऊर्जा होती है। यह सब इसके ध्वनिक व्यवहार को निर्धारित करता है। चूंकि मानव जीवन के लिए ध्वनि बहुत महत्वपूर्ण है, ध्वनि के प्रकार मनुष्यों के लिए श्रव्य आवृत्तियों की सीमा के अनुसार तीन बड़े समूहों में वर्गीकृत किए जाते हैं:

- इन्फ्रासाउंड, जिसकी आवृत्ति 20 हर्ट्ज से कम है।

- श्रव्य स्पेक्ट्रम, आवृत्तियों के साथ 20 हर्ट्ज से 20,000 हर्ट्ज तक।

- अल्ट्रासाउंड, 20,000 हर्ट्ज से अधिक आवृत्तियों के साथ।

एक ध्वनि की पिच, जो कि उच्च, निम्न या मध्यम है, आवृत्ति पर निर्भर करती है। निचले आवृत्तियों की व्याख्या बास ध्वनियों के रूप में की जाती है, लगभग 20 और 400 हर्ट्ज के बीच।

400 और 1600 हर्ट्ज के बीच की आवृत्तियों को मिडटोन माना जाता है, जबकि उच्चताएं 1600 से 20,000 हर्ट्ज तक होती हैं। उच्च-पिच ध्वनियां हल्की और छेदने वाली होती हैं, जबकि बास को उतना ही गहरा और फलफूल माना जाता है।

आपके द्वारा प्रतिदिन सुनी जाने वाली ध्वनियाँ, निकटता में विभिन्न आवृत्तियों के साथ ध्वनियों के जटिल ओवरले हैं।

ध्वनि में आवृत्ति के अलावा अन्य गुण होते हैं, जो इसके वर्गीकरण के लिए मापदंड के रूप में काम कर सकते हैं। उनमें से उदाहरण कालातीत, अवधि और तीव्रता हैं।

इक्वलाइज़र में फ़िल्टर होते हैं जो शोर को दूर करते हैं और ध्वनि की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए कुछ आवृत्तियों को बढ़ाते हैं। स्रोत: पिक्साबे

शोर

वांछित ध्वनियों और अवांछित ध्वनियों या शोर के बीच अंतर करना भी महत्वपूर्ण है। चूंकि शोर को हमेशा समाप्त करने की मांग की जाती है, इसलिए इसे तीव्रता और अवधि के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है:

- लगातार शोर।

- उतार-चढ़ाव वाला शोर।

- आवेगपूर्ण शोर।

या रंगों से, उनकी आवृत्ति से जुड़े:

- गुलाबी शोर (एक "shhhhhh" के समान)।

- सफेद शोर (एक "psssssss" के समान)।

- ब्राउन शोर (ब्राउन ब्राउन के खोजकर्ता रॉबर्ट ब्राउन द्वारा, एक शोर है जो बहुत कम आवृत्तियों का पक्षधर है)।

अनुप्रयोग

ध्वनिक ऊर्जा के लिए दिया गया उपयोग ध्वनि तरंग के प्रकार पर निर्भर करता है। श्रव्य तरंगों की श्रेणी में, ध्वनि का सार्वभौमिक उपयोग करीबी संचार की अनुमति देने के लिए, न केवल लोगों के बीच, क्योंकि जानवर भी ध्वनि का उत्सर्जन करके संवाद करते हैं।

ध्वनियाँ बहुमुखी हैं। प्रत्येक उस स्रोत के अनुसार भिन्न होता है जो इसे उत्सर्जित करता है। इस तरह से प्रकृति में ध्वनियों की विविधता अनंत है: प्रत्येक मानव आवाज अलग है, साथ ही साथ यह विशेषता है कि जानवरों की प्रजातियां एक दूसरे के साथ संवाद करने के लिए उपयोग करती हैं।

कई जानवर अंतरिक्ष में खुद को खोजने के लिए और अपने शिकार को पकड़ने के लिए ध्वनि की ऊर्जा का उपयोग करते हैं। वे ध्वनिक संकेतों का उत्सर्जन करते हैं और रिसेप्टर अंग होते हैं जो प्रतिबिंबित संकेतों का विश्लेषण करते हैं। इस तरह वे दूरियों के बारे में जानकारी प्राप्त करते हैं।

मनुष्य को इस तरह से ध्वनि ऊर्जा का उपयोग करने के लिए आवश्यक अंगों की कमी होती है। हालांकि, उन्होंने नेविगेशन की सुविधा के लिए, इन्हीं सिद्धांतों के आधार पर सोनार जैसे ओरिएंटेशन डिवाइस बनाए हैं।

दूसरी ओर, अल्ट्रासाउंड ध्वनि तरंगें हैं जिनके अनुप्रयोग अच्छी तरह से ज्ञात हैं। चिकित्सा में उनका उपयोग मानव शरीर के इंटीरियर की छवियों को प्राप्त करने के लिए किया जाता है। वे कुछ स्थितियों के उपचार का भी हिस्सा हैं जैसे कि लंबो और टेंडोनाइटिस।

ध्वनिक ऊर्जा के कुछ अनुप्रयोग

- उच्च ऊर्जा वाले अल्ट्रासाउंड के साथ, किडनी और पित्ताशय में बनने वाले पथरी या पथरी इन अंगों में खनिज लवण की वर्षा के कारण नष्ट हो सकते हैं।

- भूभौतिकी में, अल्ट्रासाउंड का उपयोग पूर्वेक्षण विधियों के रूप में किया जाता है। इसके सिद्धांत भूकंपीय विधियों के समान हैं। लोचदार मोडुली की गणना के लिए राहत के लिए समुद्र के आकार का निर्धारण करने से लेकर अनुप्रयोगों में उनका उपयोग किया जा सकता है।

- खाद्य प्रौद्योगिकी में वे उच्च तापमान के लिए सूक्ष्मजीवों को खत्म करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, साथ ही साथ कुछ बनावट और भोजन के गुणों में सुधार करते हैं।

फायदा

ध्वनिक ऊर्जा के फायदे हैं जो मोटे तौर पर इसकी छोटी सीमा के कारण हैं। उदाहरण के लिए, यह उत्पादन करने के लिए सस्ती है और रासायनिक या अन्य अपशिष्ट उत्पन्न नहीं करता है, क्योंकि यह जल्दी से मध्यम में फैल जाता है।

ध्वनिक ऊर्जा के स्रोतों के लिए, वे कई हैं। कंपन करने में सक्षम कोई भी वस्तु ध्वनि का स्रोत बन सकती है।

जब मेडिकल अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है, जैसे कि अल्ट्रासाउंड इमेजिंग, इसमें एक्स-रे या टोमोग्राफी जैसे आयनीकृत विकिरण का उपयोग नहीं करने का लाभ होता है। यह एक तथ्य है कि आयनीकृत विकिरण कोशिका क्षति का कारण बन सकता है।

इसके उपयोग के लिए सुरक्षा उपायों की आवश्यकता नहीं होती है जो कि आयनित विकिरण को लागू करने के लिए आवश्यक होते हैं। किट भी सस्ती हैं।

इसी तरह, अल्ट्रासोनिक ऊर्जा उक्त किडनी और पित्ताशय की पथरी को खत्म करने के लिए एक गैर-इनवेसिव विधि है, इस प्रकार संचलन प्रक्रियाओं के साथ।

सिद्धांत रूप में यह न तो हवा में और न ही पानी में प्रदूषण उत्पन्न करता है। लेकिन यह ज्ञात है कि समुद्र में ध्वनि प्रदूषण होता है, जो मानव गतिविधियों जैसे कि गहन मछली पकड़ने, भूभौतिकीय पूर्वेक्षण और परिवहन के कारण होता है।

नुकसान

नुकसान के बारे में सोचना मुश्किल है कि ध्वनि के रूप में प्राकृतिक रूप में एक घटना हो सकती है।

कुछ में से एक यह है कि तेज आवाजें ईयरड्रम की संरचना को नुकसान पहुंचा सकती हैं, और समय के साथ लगातार उजागर होने वाले लोग अपनी संवेदना खो देते हैं।

बहुत शोर का वातावरण लोगों में तनाव और परेशानी पैदा करता है। एक और नुकसान शायद यह है कि वस्तुओं को स्थानांतरित करने के लिए ध्वनिक ऊर्जा का उपयोग नहीं किया जाता है, जिससे ठोस वस्तुओं को प्रभावित करने के लिए कंपन का लाभ उठाना बहुत मुश्किल होता है।

ऐसा इसलिए है क्योंकि ध्वनि को हमेशा एक ऐसे माध्यम के अस्तित्व की आवश्यकता होती है जो प्रचार करने में सक्षम हो, और इसलिए इसे आसानी से देखा जा सकता है। दूसरे शब्दों में, ध्वनि ऊर्जा अन्य प्रकार की तरंगों की तुलना में माध्यम में अधिक तेजी से अवशोषित होती है, उदाहरण के लिए विद्युत चुम्बकीय।

इस कारण से ध्वनि तरंगों की ऊर्जा हवा में अपेक्षाकृत कम दूरी पर होती है। ध्वनि संरचनाओं और वस्तुओं द्वारा अवशोषित होती है क्योंकि यह प्रचार करती है, और इसकी ऊर्जा धीरे-धीरे गर्मी में फैल जाती है।

बेशक, यह ऊर्जा के संरक्षण से संबंधित है: ऊर्जा नष्ट नहीं हुई है लेकिन परिवर्तन रूप है। हवा में अणुओं के कंपन न केवल दबाव परिवर्तनों में बदल जाते हैं जो ध्वनि को जन्म देते हैं। कंपन भी गर्मी को जन्म देते हैं।

सामग्री में ध्वनि अवशोषण

जब ध्वनि तरंगें ईंट की दीवार जैसी सामग्री से टकराती हैं, उदाहरण के लिए, ऊर्जा का एक हिस्सा परिलक्षित होता है। एक अन्य भाग गर्मी में छितराया हुआ है, हवा और सामग्री दोनों के आणविक कंपन के लिए धन्यवाद; और अंत में शेष अंश सामग्री से गुजरता है।

इस प्रकार, ध्वनि तरंगों को उसी तरह से प्रतिबिंबित किया जा सकता है जिस तरह से प्रकाश करता है। ध्वनि के प्रतिबिंब को "प्रतिध्वनि" के रूप में जाना जाता है। सतह जितनी अधिक कठोर और समान होगी, प्रतिबिंबित करने की क्षमता भी उतनी ही अधिक होगी।

वास्तव में, ऐसी सतहें हैं जो कई प्रतिबिंबों का उत्पादन करने में सक्षम हैं जिन्हें पुनर्वितरण कहा जाता है। आमतौर पर यह छोटे स्थानों में होता है और इन्सुलेट सामग्री रखने से बचा जाता है, ताकि इस तरह से उत्सर्जित और परावर्तित तरंगें ओवरलैप न हों, जिससे सुनवाई मुश्किल हो जाती है।

अपने सभी प्रचार के दौरान, ध्वनिक लहर इन सभी क्रमिक नुकसानों का अनुभव करेगी जब तक कि ऊर्जा माध्यम में पूरी तरह से अवशोषित नहीं हो जाती। जिसका अर्थ है कि यह ऊष्मा ऊर्जा में परिवर्तित हो गया है।

ध्वनि को अवशोषित करने के लिए एक सामग्री की क्षमता को निर्धारित करने के लिए एक परिमाण है। इसे अवशोषण गुणांक कहा जाता है। इसे α के रूप में निरूपित किया जाता है, और यह अवशोषित ऊर्जा E _abs और घटना ऊर्जा E _{inc के} बीच का अनुपात है, जिसे सभी प्रश्न में सामग्री के लिए संदर्भित किया गया है। इसे गणितीय रूप से इस तरह व्यक्त किया जाता है:

α = ई _एब्स / ई _इंक

Α का अधिकतम मूल्य 1 है (पूरी तरह से ध्वनि को अवशोषित करता है) और न्यूनतम 0 है (सभी ध्वनि के माध्यम से देता है)।

मौन पसंद होने पर कई मौकों पर ध्वनि का नुकसान हो सकता है। उदाहरण के लिए, कारों को इंजन शोर को नम करने के लिए साइलेंसर के साथ लगाया जाता है। पानी पंप और बिजली संयंत्रों जैसे अन्य उपकरणों के लिए भी।

एक रिकॉर्डिंग स्टूडियो में ध्वनि इन्सुलेशन महत्वपूर्ण है। स्रोत: पिक्साबे

ध्वनि ऊर्जा के उदाहरण

ध्वनि ऊर्जा हर जगह है। यहां एक सरल उदाहरण है जो मात्रात्मक दृष्टिकोण से ध्वनि और इसकी ऊर्जा के गुणों को दिखाता है।

व्यायाम हल किया

द्रव्यमान 0.1 ग्राम का एक पिन 1 मीटर की ऊंचाई से गिरता है। यह मानते हुए कि इसकी ऊर्जा का 0.05% 0.1 s अवधि के ध्वनि नाड़ी में परिवर्तित हो जाता है, अधिकतम दूरी का अनुमान लगाते हैं जिस पर पिन ड्रॉप को सुना जा सकता है। न्यूनतम श्रव्य ध्वनि तीव्रता 10 ^-8 W / m ^{2 के} रूप में लें ।

उपाय

ऊपर दिए गए समीकरण का उपयोग ध्वनि की तीव्रता के लिए किया जाएगा:

एक अच्छा सवाल यह है कि इस मामले में ध्वनि ऊर्जा कहां से आती है, जिसकी तीव्रता मानव कान का पता लगाती है।

इसका उत्तर गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा में है। सटीक रूप से क्योंकि पिन एक निश्चित ऊंचाई से गिरता है, जिस पर इसकी संभावित ऊर्जा थी, क्योंकि यह गिरने पर इस ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में बदल देता है।

और एक बार जब यह जमीन से टकराता है, तो ऊर्जा दुर्घटना स्थल के आसपास के वायु के अणुओं में स्थानांतरित हो जाती है, जिससे ध्वनि उत्पन्न होती है।

गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा यू है:

जहाँ m पिन का द्रव्यमान है, g गुरुत्वाकर्षण का त्वरण है, और h वह ऊँचाई है जहाँ से वह गिरी थी। इन संख्यात्मक मानों को प्रतिस्थापित करना, लेकिन अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली की इकाइयों में संगत रूपांतरण करने से पहले, हमारे पास नहीं है:

U = 0.1 x 10 ^-3 x 9.8 x 1 J = 0.00098 J

बयान में कहा गया है कि इस ऊर्जा का, केवल 0.05% ध्वनि नाड़ी को जन्म देने के लिए परिवर्तित हो जाता है, अर्थात जब यह फर्श से टकराती है तो पिन की छेड़छाड़। इसलिए ध्वनि ऊर्जा है:

ई _{ध्वनि} = 4.9 x 10 ^-7 जे

तीव्रता समीकरण से, त्रिज्या आर को साफ किया जाता है और ध्वनि ऊर्जा ई _{ध्वनि} के मूल्यों और उस समय जो नाड़ी चली जाती है, प्रतिस्थापित किया जाता है: कथन के अनुसार 0.1 एस।

इसलिए पिन ड्राप की अधिकतम दूरी सभी दिशाओं में 6.24 मीटर होगी।

संदर्भ

1. जियानकोली, डी। 2006. भौतिकी: आवेदन के साथ सिद्धांत। छठा संस्करण। शागिर्द कक्ष। 332-359।
2. किंसलर, एल। (2000)। ध्वनिक के मूल तत्व। 4 एड। विली एंड संस। 124-125।