ධ්වනි පරාස හා මැනීම්
(Sound Ranging). ධ්වනි විද්‍යාව ආශ්‍රිත මැනීම් අතීතයේ දීත් ආරම්භ වී තිබුණි. ක්‍රිස්තු වර්ෂ 1635 දී ප්‍රංශ ජාතික දාර්ශනිකයෙකු හා ගණිතඥයකු වූ පියරේ ගසන්දි (Pierre Gassendi) වාර්තාගත මුල් ම ධ්වනි ප්‍රවේගය මැනීම සිදුකරන ලදි. ඔහුගේ පරීක්ෂණය ආලෝකය ගමන් කිරීමට ගත වන කාලය නොගිනිය හැකි තරම් කුඩා යැයි මූලික උපකල්පනයක් පදනම් කරගනිමින් වෙඩි හඬක් ඇසීමට ගතවන කාලය, එහි එළිය දැකීමේ කාලය ඇසුරින් මිනුම් කරන ලදි. ඔහුට ලැබුණු ධ්වනි ප්‍රවේගයේ අගය වූයේ තත්පරයට මීටර 478.4කි.
19 වන සියවසේ දී ස්විස් ජාතික භෞතික විද්‍යාඥයකු වූ ඩැනියෙල් කොඩඩොන් (Daniel Colladon), ප්‍රංශ ජාතික ගණිතඥයකු වූ චාල්ස් ෆ්‍රැන්කෝ (Charles Franco)ගේ සහාය ඇතිව ද්‍රව තුළ ධ්වනි ප්‍රවේගය සෙවීමට උත්සහ දරන ලදි. ඔවුන් ජිනීවා වැවේ (Lake Geneva) මෙම පරීක්ෂණය කළ අතර 80ක් උෂ්ණත්වයේ දී ජලයේ ධ්වනි ප්‍රවේගය තත්පරයට මීටර් 1,435ක් ලෙස ලැබුණි. එමෙන්ම 1808 දී පමණ යකඩ තුළ ධ්වනි ප්‍රවේගය තත්පරයට මීටර් 5,000 වන සේ වන ඉතා වැඩි අගයක් බව සොයා ගන්නා ලදි.
සංඛ්‍යාතය මැනීම
මේ සඳහා ධ්වනි මානය (Sono meter) හෙවත් නාදමානය යොදා ගත හැකිය. සංඛ්‍යාතය (no) දන්නා සරසුලක් සමඟ සුසරවන (සමාන සංඛ්‍යාතය මතු කරන) ධ්වනි මානයේ නියත ආතති කම්බියේ දිග l, A සේකුව වෙනස් කිරීමෙන් සොයා ඉන්පසු වෙනත් නොදන්නා සංඛ්‍යාතය (n) ඇති සරසුල හෝ උපකරණය හඬ නංවද්දී එය සමඟ අනුනාද වන කම්බි දිග (l) සොයා ගැනීමෙන් එහා සංඛ්‍යාතය සෙවිය හැකි වෙයි.
ඇදි තන්තුවේ කම්පන සංඛ්‍යාතය n= (සමීකරණය) මඟින් දෙනු ලැබේ. මෙහි,
l = කම්පනය වන තන්තු දිග
T = තන්තුවේ ආතතිය
m = s තන්තුවේ ඒකක දිගක ස්කඩය වේ.
මේ (සමීකරණය) මඟින් ලබාගත හැකි ය.
Parker fig 27.18 Page 548 440 රූපය 343
රූපය 1 ධ්වනි මානය
ධ්වනි තරංගයක තරංග ආයාමය හා ධ්වනි ප්‍රවේගය සෙවීම
වාතයේ ධ්වනි ප්‍රවේගය සෙවීම සඳහාත් භාවිතා කළ හැකි මෙම සැකසුම අනුනාද නළය හෝ සංවෘත නළය ලෙසින් (close tube) හැඳින්වේ. 25mm පමණ විෂ්කම්භය ඇති නළය ජලය තුළ ගිල්වා එය ක්‍රමයෙන් පිටතට ගන්නා අතර සංඛ්‍යාතය දන්නා කම්පනය වන සරසුල නළයේ විවෘත කෙළවර අසලින් තබා ක්‍රමයෙන් නළය පිටතට ගන්නා විට හඬ උපරිම ව ඇසෙන (අනුනාදවන) අවස්ථාවේ නළයේ ජල පෘෂ්ඨියට ඉහළින්ඇති දිග (x) මැනගෙන තව දුරටත් නළය ඉහළට ගෙන යද්දී යළි අනුනාද වන විට නළයේ දිග (y) මැන ගනිමු,
දැන්, තරංග ආයාමය r = 2 (y-x) වන අතර,
r = nd මඟින් වාතයේ ධ්වනි ප්‍රවේගය ලැබේ. රූපය 2 රූපය 3
වායු හා ලෝහ තුළ ධ්වනි ප්‍රවේග සෙවීම
මේ සඳහා කැනඩ්ම්ස් ධූලි බටය (Kundt's Dust Tube) යොදා ගනු ලැබේ. මීටර් 1, 1/2ක් පමණ දිග විෂ්කම්භය සෙන්ටිමීටර් 5ක් පමණ වන වීදුරු නළයකි. නළයේ වම් කෙළවරේ ගසා ඇති කිරල ඇබයක් තුළින් ලෝහ දණ්ඩක් බුරුල්ව සිටින සේ යවා ඇත. දණ්ඩේ මධ්‍ය ලක්ෂයේ කලම්ප කර ඇත. නළය තුළ වියළි ලයිකොපෝඩියම් කුඩු (Lycopodium Powder) ස්වල්පයක් යොදා ඇත. ලෝහ දණ්ඩ E A දිශාවට දුම්මල කුඩු යෙදූ රෙදිකඩකින් පිරිමදිනු ලැබූ විට වැඩි තාරතාවකින් යුතු ශබ්දයක් ඇසෙන අතර E අග්‍රය කම්පනය වේ. මේ සමඟ නළය තුළ ඇති කුඩු බෙහෙවින් කැලඹෙන අතර අනික් කෙළවර B ස්වල්ප වශයෙන් වෙනස් කිරීමෙන් මෙම ගොඩවල් අචලව ස්ථාන ගත වන අවස්ථාවකට පත් වේ.
රූපය 4 ධූලි බටය Fig 27 21 Dust tube
ලෝහ දණ්ඩ සඳහා සංඛ්‍යාතය n = සමීකරණය
Vm - ලෝහය තුළ ධ්වනි ප්‍රවේගය
Y - ලෝහය සාමාපාංකය (Young modulus)
lm - දණ්ඩේ දිග
Am - තරංග ආයාමය
p - ලෝහයේ ඝනත්වය
නළය තුළ ඇති වන ධ්වනි තරංග සඳහා සංඛ්‍යාතය n - සමීකරණය
Va - වායුවේ දී ධ්වනි ප්‍රවේගය
la - වායුවේ දී තරංග ආයාමය
la - ආසන්න කුඩු ගොඩවල් 2ක් අතර දුර
මෙම සමීකරණවල සංඛ්‍යාත සම කිරීමෙන්,
Va = සමීකරණය
උෂ්ණත්වය සමඟ වායුවක ධ්වනි ප්‍රවේගය ධ්වනි ප්‍රවේග සෙවීමට මෙය යොදාගත හැකි ය.
ධ්වනි පරාස
ධ්වනිය ආශ්‍රිතව විවිධ පරාස හා සීමා දැක්වීම ශ්‍රව්‍ය සංඛ්‍යාත පරාසය (audible frequency) සාමාන්‍ය මිනිස් කණකට සංවේදී වනුයේ හර්ට්ස් 20 හර්ට්ස් 20,000 දක්වා වන නමුත් එක් එක් පුද්ගල වෙනස්වීමක් ඇති විය හැකි ය. හර්ට්ස් 20ට අඩු සංවේදී (infrasonic) හා හර්ට්ස් 20,000ට වැඩි (ultrasonic) ශබ්ද ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ. ශ්‍රව්‍යතා සීමාව අඩුවීම සිදු වේ. යම් පුද්ගලයකුගේ (Siren) සයිරම යොදාගත හැක. එහි භ්‍රමණ වේගය හඬ ඇසෙන හා නොඇසෙන අවස්ථාවල සංඛ්‍යා (රූපය W.L. වයිට්ලි මූලික භෞතික විද්‍යාව Mc. Graw Hill Volume 1 Page 59
රූපය 5
රූපය ශ්‍රව්‍ය සංඛ්‍යාත පරාස
සංගීත ස්වර වල සංඛ්‍යාතයන් : මධ්‍ය ‘ස’ සිට උච්ච ‘ස’ දක්වා
ස්වරය ස රි ග ම ප ධ නි ස
සාපේක්ෂ 24 27 30 32 36 40 45 48
සංඛ්‍යාතය
සංඛ්‍යාතය 256 288 320 341 1/3 384 426 2/3 480 512
(හර්ට්ස්)
මිනිස් කණ විශාල ධ්වනි ශක්ති පරාසයක් ඇසීමට හැකි වනසේ සැකසී ඇත. කණට පූල් 10-18 හෝ 10-25 කිලෝ වොට් පැය වැනි ඉතා කුඩා ධ්වනි ශක්තියක් වුවද සංවේදනය වේ. කණට වේදනාකාරී හා හානිකර තත්වයක් ඇති වීමට නම් 10-11 කිලෝ වොට් පැයක ශක්තිය ඉක්මවන ශබ්දයක් ලැබිය යුතු ය. එය අවම ශක්ති ප්‍රමාණය මෙන් 1,014 ගුණයක් වීමෙන් කණෙහි දරා ගැනීමේ හැකියාව පෙනේ.
ධ්වනි තීව්‍රතා දක්වනු ලබන්නේ ඩෙසිබල් (decibel)වලිනි. ධ්වනි තීව්‍රතා මට්ටම් දෙකක් අතර ඩෙසිබල් ගණන ගනු ලබන්නේ ඒවායේ තීව්‍රතා අතර අනුපාතයේ ලඝු අගය දහයෙන් ගුණ කිරීමෙනි.
පහත වගුවෙන් දෙනු ලබන්නේ කණට ඇසෙන ශබ්දවන තීව්‍රතාවයන් ය.
ශබ්දය තීව්‍රතා ඒකක ඩෙසිබල් ගණන
ආසන්නයේ ඇති 1 000 000 000 000 120
ගුවන් යානා එන්ජිමක 100 000 000 000 110
සාමාන්‍ය ධාවනයේ 10 000 000 000 100
ඇති ගුවන් යානා කුටිය
වාහන තදබලය වැඩි විටක 1 000 000 000 90
වායුවෙන් ක්‍රියාකරන විදිනයක 100 000 000 80
කාර්්‍යාලයක ශබ්දය වැඩිවිට 10 000 000 70
දුරකථන කථාබහක 1 000 000 60
සාමාන්‍ය කාර්්‍යාලයක
සාමාන්‍ය කථාබහක
නිසල නිවසක, සෙමින් සාකච්ඡා
කොළ සෙලවීම, කෙදිරීම
රූපය Mc Graw Hill
රූපය7 සංඥාව හා ඝෝෂාව සම්බන්ධිත ඩෙසිබල් ගණන
දෝංකාරය (Echo)
දෝංකාරය ඇති වන්නේ ධ්වනිය පරාවර්තනය වීමෙනි. මුල් ශබ්දය නිකුත් කිරීමෙන් එහි දෝංකාරය ඇසීමත් අතර කාලය, ධ්වනි තරංගය පරාවර්තන පෘෂ්ඨය වෙතට ගොස් ආපසු ඒමට ගතවන කාලයයි. කෙටි ලඝු ශබ්දයක් නිසා හට ගැනෙන සංවේදන තත්පර 1/10ක් පමණ කාලයක් කණේ රැඳී පවතී. ධ්වනි ප්‍රවේගය තත්පරයට මීටර 340 ලෙස ගනු ලැබුවොත් තත්පර 1/10 තුළ දී ධ්වනි තරංගය මීටර 34ක් දුර යයි. එනම් මීටර 17ක් ඇසීමට ශබ්දය නිකුත් කරන්නාට හෝ ප්‍රභවයට මීටර් 17කට වැඩි දුරකින් පරාවර්ථන පෘෂ්ඨය පිහිටිය යුතු ය. එයට වඩා ආසන්නව පිහිටි පරාවර්තක පෘෂ්ඨ මඟින් ඇති කරන පරාවර්තිත තරංග මඟින් මුල් ශබ්දය වැඩි කාලයක් ඇසීම පමණක් සිදු වේ.
දෝංකාරය උපයෝගී කර ගනිමින් ළිඳක ජල පෘෂ්ඨය කෙතරම් ගැඹුරින් තිබේද? යන්න හා කඳු ගැට වැනි ස්ථානවලට ඇති දුර සෙවීමට පුළුවන. ශබ්දය නිකුත් කිරීමේ අවස්ථාවේ සිට දෝංකාරය ඇසීමට ගතවන කාලය මැනගෙන එම අගය දෙකෙන් බෙදා එම අවස්ථාවේ වාතයේ ධ්වනි ප්‍රවේගයෙන් ගුණ කිරීමෙන් අවශ්‍ය මිණුම ලැබේ.
මූලාශ්‍ර
1. මූලික භෞතික විද්‍යාව W.L. වයිට්ලි 2. Advanced Level Physics - M. Nelkon & Parker 3. The new Encyclopedia Britannica Volum 17 & Volume 1 4. Mc Grow Hill Encyclopedia of Science & Technology Volume 12 5. B.S.B. කරුණාරත්න උසස් පෙළ සඳහා භෞතික විද්‍යාව “කම්පන හා තරංග”
(කර්තෘ: ඩබ්.එම්.ජී.වී. ගිරාගම)
(සංස්කරණය නොකළ)
