ஒலியியல் மற்றும் ஒலியின் பண்புகள்
இயற்பியலின் மிக முக்கியமான பிரிவுகளில் ஒன்று ஒலியியல் (Acoustics) ஆகும். ஒலி என்பது ஆற்றலின் ஒரு வடிவம். இது அதிர்வுகளால் உருவாகிறது மற்றும் ஒரு ஊடகத்தின் வழியாக அலைகளாகப் பயணிக்கிறது. நாம் அன்றாட வாழ்வில் கேட்கும் இசை, பேச்சு, வாகனங்களின் இரைச்சல் என அனைத்தும் ஒலியின் செயல்பாடுகளே. இப்பாடத்தில் ஒலியின் உற்பத்தி, பரவுதல் மற்றும் அதன் பண்புகளை ஆழமாகப் பார்ப்போம்.
1. ஒலி உருவாக்கம் மற்றும் பரவுதல்
ஒலி என்பது ஒரு பொருளின் அதிர்வினால் (Vibration) உருவாகிறது. ஒரு பொருள் அதிர்வடையும் போது, அது தன்னைச் சுற்றியுள்ள காற்றுக் மூலக்கூறுகளை அதிர்வடையச் செய்கிறது. இந்த அதிர்வுகள் அலைகளாகப் பரவி நமது செவிப்பறையை அடையும் போது, நமக்கு ஒலியாக உணரப்படுகிறது.
ஊடகம் தேவை
ஒலி வெற்றிடத்தில் (Vacuum) பயணிக்க முடியாது. ஒலியின் பரவலுக்கு திண்மம், திரவம் அல்லது வாயு போன்ற ஒரு ஊடகம் அவசியம். நிலவில் காற்று இல்லாததால், அங்கு இருவர் பேசிக்கொண்டால் ஒருவருக்கொருவர் கேட்காது. இதற்கு மாறாக, ஒளியானது வெற்றிடத்திலும் பயணிக்கும்.
2. ஒலியின் பண்புகள்
ஒலியை அதன் பண்புகளைக் கொண்டு நாம் வேறுபடுத்தி அறியலாம். ஒலியின் முக்கிய மூன்று பண்புகள்: சுருதி (Pitch), உரப்பு (Loudness), மற்றும் தரம் (Quality/Timbre).
சுருதி (Pitch)
இது ஒலியின் சுருதி அல்லது கீச்சுத்தன்மையை குறிக்கிறது. இது ஒலியின் அதிர்வெண்ணைச் (Frequency) சார்ந்தது. அதிர்வெண் அதிகமாக இருந்தால் சுருதி அதிகமாக இருக்கும் (எ.கா: பெண்களின் குரல், கொசுவின் சத்தம்). அதிர்வெண் குறைவாக இருந்தால் சுருதி குறைவாக இருக்கும் (எ.கா: ஆண்களின் குரல், சிங்கத்தின் கர்ஜனை).
உரப்பு (Loudness)
ஒரு ஒலியின் வலிமையைக் குறிப்பது உரப்பு ஆகும். இது ஒலியின் வீச்சைப் (Amplitude) பொறுத்தது. வீச்சு அதிகமாக இருந்தால் ஒலியின் உரப்பு அதிகமாக இருக்கும். இது டெசிபல் (dB) என்ற அலகால் அளக்கப்படுகிறது.
தரம் (Quality/Timbre)
ஒரே அதிர்வெண் மற்றும் வீச்சு கொண்ட இரு ஒலிகளை, வெவ்வேறு இசைக்கருவிகளில் இருந்து வரும்போது நம்மால் வேறுபடுத்தி அறிய முடியும். இந்த பண்பே தரம் எனப்படும்.
3. ஒலியின் அலைப்பண்புகள்
ஒலி ஒரு நெட்டலை (Longitudinal Wave) ஆகும். இதில் ஊடகத்தின் துகள்கள் அலையின் பரவும் திசைக்கு இணையாக அதிர்வடைகின்றன. ஒலியின் முக்கிய அளவீடுகள் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளன:
| பண்பு | விளக்கம் | அலகு |
|---|---|---|
| அதிர்வெண் (f) | ஒரு வினாடியில் ஏற்படும் அதிர்வுகளின் எண்ணிக்கை | ஹெர்ட்ஸ் (Hz) |
| அலைநீளம் (λ) | இரண்டு அடுத்தடுத்த நெருக்கங்களுக்கு இடைப்பட்ட தூரம் | மீட்டர் (m) |
| கால அளவு (T) | ஒரு முழு அதிர்விற்கு ஆகும் நேரம் | வினாடி (s) |
| திசைவேகம் (v) | ஒலி அலையின் வேகம் | மீ/வி (m/s) |
இதன் தொடர்பு: v = f × λ (வேகம் = அதிர்வெண் × அலைநீளம்)
4. எதிரொலி (Echo)
ஒலி ஒரு தடையின் மீது பட்டு மீண்டும் கேட்பவருக்குத் திரும்புவது எதிரொலி எனப்படும். மனித காது ஒரு ஒலியை 0.1 வினாடி வரை வைத்திருக்கும் (Persistence of hearing). எனவே, ஒரு எதிரொலியைத் தெளிவாகக் கேட்க, ஒலி மூலத்திற்கும் எதிரொலிக்கும் பரப்பிற்கும் இடையே குறைந்தது 17.2 மீட்டர் தூரம் இருக்க வேண்டும்.
5. ஒலியின் வகைப்பாடு
அதிர்வெண்ணின் அடிப்படையில் ஒலிகளை மூன்றாகப் பிரிக்கலாம்:
- மீஒலி (Infrasonic): 20 Hz-க்கும் குறைவான அதிர்வெண் கொண்டது. (எ.கா: நிலநடுக்கம், திமிங்கலங்கள்).
- கேள் ஒலி (Audible): 20 Hz முதல் 20,000 Hz வரை. மனிதர்களால் கேட்கக்கூடியது.
- மீயொலி (Ultrasonic): 20,000 Hz-க்கும் அதிகமான அதிர்வெண். (எ.கா: வௌவால்கள், டால்பின்கள்).
6. டாப்ளர் விளைவு (Doppler Effect)
ஒலி மூலம் மற்றும் கேட்பவர் ஆகியோருக்கு இடையே சார்பு இயக்கம் இருக்கும்போது, ஒலியின் அதிர்வெண்ணில் மாற்றம் தெரிவது டாப்ளர் விளைவு எனப்படும். ஆம்புலன்ஸ் நம்மை நோக்கி வரும்போது அதிக ஒலியாகவும், கடந்து சென்ற பிறகு குறைவான ஒலியாகவும் தெரிவது இதற்குச் சிறந்த உதாரணம்.
7. ஒலியின் வேகம் - முக்கிய தரவுகள்
ஒலியின் வேகம் ஊடகத்தின் அடர்த்தி மற்றும் வெப்பநிலையைப் பொறுத்தது. காற்றில் ஒலியின் வேகம் சுமார் 340 m/s ஆகும்.
- வெப்பநிலை அதிகரித்தால் ஒலியின் வேகம் அதிகரிக்கும்.
- ஈரப்பதம் அதிகரித்தால் ஒலியின் வேகம் அதிகரிக்கும்.
- காற்றின் திசைக்கு ஏற்ப ஒலியின் வேகம் மாறுபடும்.
8. இசை மற்றும் இரைச்சல்
ஒழுங்கான அதிர்வுகளைக் கொண்ட இனிமையான ஒலி இசை எனப்படும். ஒழுங்கற்ற, சீரற்ற அதிர்வுகளைக் கொண்ட விரும்பத்தகாத ஒலி இரைச்சல் எனப்படும். நீண்ட நேரம் இரைச்சலைக் கேட்பது செவித்திறனைப் பாதிக்கும்.
9. ஒலியின் பயன்பாடுகள் மற்றும் பாதுகாப்பு
ஒலியியல் அறிவு கட்டிடக் கலையிலும் பயன்படுகிறது. பெரிய அரங்குகளின் கூரைகள் வளைவாக அமைக்கப்படுகின்றன, இது ஒலியைப் பிரதிபலித்து கடைசி வரிசை வரை சீராகக் கொண்டு செல்ல உதவுகிறது. அதிக சத்தத்தைத் தவிர்க்க ஒலி உறிஞ்சும் பொருட்களை (Sound absorbers) பயன்படுத்துவது அவசியம்.
- ஒலி ஒரு நெட்டலை.
- ஒலி பரவ ஊடகம் அவசியம்.
- மனிதனின் கேட்கும் திறன்: 20 Hz - 20 kHz.
- எதிரொலிக்குத் தேவையான குறைந்தபட்ச தூரம் 17.2 மீட்டர்.
- ஒலியின் வேகம் திண்மத்தில் அதிகம்.
10. தேர்வு நோக்கில் சில வினா விடைகள்
வினா: ஒலியின் அலகு என்ன? விடை: டெசிபல் (dB). வினா: மீயொலிகளைப் பயன்படுத்தும் விலங்கு எது? விடை: வௌவால். வினா: வெற்றிடத்தில் ஒலி பயணிக்க முடியுமா? விடை: முடியாது. இப்பாடப்பகுதியிலிருந்து கேட்கப்படும் வினாக்கள் பெரும்பாலும் ஒலியின் பண்புகள் மற்றும் அதன் அலை சமன்பாடுகளைச் சுற்றியே அமையும். எனவே, v=fλ சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி கணக்கீடுகளைப் பயிற்சி செய்யவும்.