তরঙ্গ ও শব্দবিজ্ঞান: কম্পাঙ্ক, তরঙ্গদৈর্ঘ্য, শব্দের বেগ, প্রতিধ্বনি ও আল্ট্রাসাউন্ড | বিসিএস ও চাকরির বিজ্ঞান
For competitive job exams (BCS, Bank, Primary), mastering শব্দবিজ্ঞান প্রতিধ্বনি ও আল্ট্রাসাউন্ড is essential for scoring high. In this comprehensive study guide, all core rules, classification charts, and solved previous exam questions of শব্দবিজ্ঞান প্রতিধ্বনি ও আল্ট্রাসাউন্ড are explained below.
Thank you for reading this post, don't forget to subscribe!শব্দ হলো এক প্রকার অনুদৈর্ঘ্য যান্ত্রিক তরঙ্গ (Longitudinal Mechanical Wave) যা জড় মাধ্যমের কম্পনের মাধ্যমে সঞ্চালিত হয়ে আমাদের কানে শ্রবণের অনুভূতি জন্মায়। শূন্য মাধ্যমে শব্দ চলাচল করতে পারে না। বিসিএস পরীক্ষায় শব্দের বেগ, প্রতিধ্বনি এবং আল্ট্রাসাউন্ডের ব্যবহার থেকে প্রতি বছর প্রশ্ন আসে।
১. শব্দবিজ্ঞান প্রতিধ্বনি ও আল্ট্রাসাউন্ড: শব্দের সঞ্চালন ও বেগ
- মাধ্যম ছাড়া শব্দ চলে না: চাঁদে বা মহাশূন্যে কোনো বায়ুমণ্ডল না থাকায় বিস্ফোরণ বা চিৎকার করলেও কেউ তা শুনতে পায় না।
- পদার্থের বিভিন্ন অবস্থায় শব্দের বেগ:
$$ ext{কঠিন মাধ্যমে বেগ} > ext{তরল মাধ্যমে বেগ} > ext{বায়বীয় মাধ্যমে বেগ}$$
- লোহায় শব্দের বেগ: প্রায় ৫১৩০ মি/সে (সবচেয়ে দ্রুত)।
- পানিতে শব্দের বেগ: প্রায় ১৪৫০ – ১৫০০ মি/সে।
- $0^circ ext{C}$ তাপমাত্রায় বাতাসে শব্দের বেগ: ৩৩২ মি/সে ($25^circ ext{C}$ এ প্রায় ৩৪৬ মি/সে)।
- বাতাসের আর্দ্রতা বা তাপমাত্রা বাড়লে শব্দের বেগ বাড়ে (প্রতি ১ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রা বৃদ্ধিতে বাতাসে শব্দের বেগ প্রায় ০.৬ মি/সে বৃদ্ধি পায়)।
—
২. তরঙ্গের মৌলিক সম্পর্ক ও সূত্র
- কম্পাঙ্ক ($f$): প্রতি সেকেন্ডে সম্পন্ন পূর্ণ কম্পন সংখ্যা। একক: হার্টজ (Hertz, Hz)।
- পর্যায়কাল ($T$): একটি পূর্ণ স্পন্দন সম্পন্ন হতে প্রয়োজনীয় সময় ($T = rac{1}{f}$)।
- তরঙ্গদৈর্ঘ্য ($lambda$): একটি পূর্ণ তরঙ্গের দৈর্ঘ্য।
- মৌলিক সূত্র: $$v = flambda$$
(যেখানে $v$ = তরঙ্গের বেগ, $f$ = কম্পাঙ্ক, $lambda$ = তরঙ্গদৈর্ঘ্য)।
৩. শ্রাব্যতা সীমা ও শব্দের প্রকারভেদ
ইনফোগ্রাফিক মেমোরি কার্ড: মানুষের শ্রাব্যতার সীমা চার্ট
– শব্দেতর বা ইনফ্রাসনিক (Infrasonic): কম্পাঙ্ক ২০ হার্টজের কম ($< 20 ext{ Hz}$)। মানুষ শোনে না; তবে হাতি, তিমি ও ভূমিকম্পের তরঙ্গ এই কম্পাঙ্কে সঞ্চালিত হয়।
– শ্রাব্যতার সীমা (Audible Sound): কম্পাঙ্ক ২০ হার্টজ থেকে ২০,০০০ হার্টজ ($20 – 20,000 ext{ Hz}$)। মানব কর্ণ কেবল এই শব্দই শুনতে পারে।
– শব্দোত্তর বা আল্ট্রাসনিক (Ultrasonic): কম্পাঙ্ক ২০,০০০ হার্টজের বেশি ($> 20 ext{ kHz}$)। মানুষ শোনে না; বাদুড়, ডলফিন ও কুকুর শুনতে পারে।
বাদুড়ের পথ চলা ও শিকার:
বাদুড় চোখে প্রায় দেখে না বললেই চলে। চলাচলের সময় বাদুড় মুখ দিয়ে উচ্চ কম্পাঙ্কের আল্ট্রাসনিক শব্দ নির্গত করে। সেই শব্দ সামনের কোনো বস্তুতে বাধা পেয়ে প্রতিধ্বনি আকারে বাদুড়ের কানে ফিরে এলে সে বস্তুর সঠিক দূরত্ব ও অবস্থান নির্ণয় করে পথ চলে।
৪. প্রতিধ্বনি ও শব্দানুভূতির স্থায়িত্বকাল
- শব্দানুভূতির স্থায়িত্বকাল (Persistence of Hearing): মানুষের মস্তিষ্কে যেকোনো শব্দের রেশ ০.১ সেকেন্ড ($ rac{১}{১০}$ সেকেন্ড) পর্যন্ত স্থায়ী থাকে।
- প্রতিধ্বনি শোনার ন্যূনতম দূরত্ব:
যদি ০.১ সেকেন্ডের মধ্যে প্রতিফলিত শব্দ ফিরে আসে তবে মস্তিষ্ক তা আলাদা করে শনাক্ত করতে পারে না।
- বাতাসে বেগ ৩৩২ মি/সে ধরে নূন্যতম দূরত্ব:
$$d = rac{v imes t}{2} = rac{৩৩২ imes ০.১}{২} = ১৬.৬ ext{ মিটার} quad (approx ১৭ ext{ মিটার})$$
আল্ট্রাসাউন্ডের ব্যবহার:
1. চিকিৎসা বিজ্ঞান: আল্ট্রাসনোগ্রাফি (USG) দিয়ে গর্ভস্থ ভ্রূণের বৃদ্ধি পর্যবেক্ষণ ও অভ্যন্তরীণ টিউমার শনাক্ত করা।
2. সমুদ্রের গভীরতা নির্ণয়: সোনার (SONAR – Sound Navigation and Ranging) যন্ত্রে আল্ট্রাসনিক তরঙ্গ ব্যবহার করে সমুদ্রের তলদেশ বা ডুবোজাহাজের অবস্থান নির্ণয় করা হয়।
বিগত বিসিএস ও চাকরির প্রশ্নব্যাংক
১. মানুষের শ্রাব্যতার স্বাভাবিক সীমা কত?
- উত্তর: ২০ Hz থেকে ২০,০০০ Hz [৪৪তম বিসিএস, ৩১তম বিসিএস]।
২. বাদুড় রাতের অন্ধকারে পথ চলে কীভাবে?
- উত্তর: আল্ট্রাসনিক শব্দ সৃষ্টি এবং তার প্রতিধ্বনি শুনে [৪৩তম বিসিএস, ৩৫তম বিসিএস]।
৩. বাতাসে প্রতিধ্বনি শোনার জন্য প্রতিফলক ও উৎসের নূন্যতম দূরত্ব কত?
- উত্তর: ১৬.৬ মিটার (বা প্রায় ১৭ মিটার) [৪১তম বিসিএস, ৩৩তম বিসিএস]।
৪. সমুদ্রের গভীরতা মাপার যন্ত্রের নাম কী?
- উত্তর: ফ্যাদোমিটার (Fathometer) [৪০তম বিসিএস]।
৫. শব্দের বেগ কোন মাধ্যমে সবচেয়ে বেশি?
- উত্তর: কঠিন মাধ্যমে (লোহা) [৩৮তম বিসিএস]।