अदृश्य ‘‘ध्वनि के आकार’’ को देखें! टैबलेट और पानी से किया गया रहस्यमय अनुनाद प्रयोग (वायु स्तंभ अनुनाद)
मैं साइंस ट्रेनर कुवाको केन हूँ। जहाँ हर दिन एक प्रयोग है।
‘ध्वनि’ या आवाज हमें आँखों से दिखाई नहीं देती। लेकिन सोचिए, अगर हम उस अदृश्य ध्वनि तरंग को गणना और प्रयोग के जरिए बिल्कुल सही-सही पकड़ सकें, तो क्या यह रोमांचक नहीं होगा? आज मैं आपको ‘वायु स्तंभ अनुनाद’ (Air Column Resonance) की एक कक्षा के बारे में बताऊंगा। इसमें हम आधुनिक टैबलेट और पुराने जमाने के पानी और पाइप का उपयोग करके ध्वनि की गति और तरंग के आकार के रहस्यों को सुलझाते हैं। पढ़ते समय अपने दिमाग में हवा के अदृश्य कंपन की तस्वीर बनाने की कोशिश करें।
टैबलेट और एनालॉग प्रयोग के संगम से ‘ध्वनि’ को देखें
नारिका साइंस अकादमी में, हम विज्ञान के प्रयोगों में टैबलेट का उपयोग करने पर काफी जोर देते हैं। कल ही हमने एक्रिलिक पाइप और टैबलेट का उपयोग करके ‘वायु स्तंभ अनुनाद’ (Air Column Resonance) का प्रयोग किया। यह प्रयोग दिखने में तो सरल है, लेकिन इसमें गहरा विज्ञान छिपा है। हम एक्रिलिक पाइप के अंदर टैबलेट के एक ऐप का इस्तेमाल करके सटीक आवृत्ति (frequency) वाली आवाज लगातार निकालते हैं। फिर, पाइप के नीचे जुड़े पानी के बर्तन को ऊपर-नीचे करके हम पाइप के अंदर पानी के स्तर (यानी बंद पाइप की लंबाई) को बदलते हैं।
ऐसा करते समय, पानी की एक खास गहराई पर अचानक ‘वूम!’ जैसी तेज आवाज आती है। यही वह क्षण है जिसे हम अनुनाद या रेजोनेंस (Resonance) कहते हैं।
ध्वनि के ‘नोड्स’ और ‘एंटी-नोड्स’ को ढूंढें!
अगर आप ध्यान से सुनेंगे, तो आपको कई ऐसी जगहें मिलेंगी जहां आवाज अचानक तेज हो जाती है। हम लंबाई को अलग-अलग जगह बदलकर उन स्थितियों को मापते हैं।
इस दौरान पाइप के अंदर ‘अप्रगामी तरंग’ (Standing Wave) नामक घटना घट रही होती है, जो एक ऐसी तरंग है जो रुकी हुई दिखाई देती है। तेज आवाज वाली जगह खोजने का मतलब है कि हम उस स्थान को ढूंढ रहे हैं जहां हवा का कंपन सबसे ज्यादा उग्र है (जिसे एंटी-नोड या तरंग का ‘पेट’ कहते हैं)। इस प्रयोग में, जहाँ अनुनाद होता है, उन दो बिंदुओं के बीच की दूरी से हम ध्वनि की गति (Speed of Sound) का पता लगा सकते हैं।
[क्विज] क्या हवा थोड़ा बाहर निकल रही है? ‘सिरे में सुधार’ (End Correction) का रहस्य
चलिए, अब भौतिकी की एक छोटी सी पहेली सुलझाते हैं। जब हम यह प्रयोग करते हैं, तो अक्सर ‘गणना की गई तरंग की लंबाई’ और ‘पाइप की वास्तविक लंबाई’ पूरी तरह मेल नहीं खाते।
एक ग्रुप ने प्रयोग किया और पाया कि पाइप के मुंह से 0.415 मीटर की दूरी पर अनुनाद हुआ। उन्होंने दो अनुनाद बिंदुओं के बीच की दूरी (आधी तरंग) को मापा और गणना से पता चला कि तरंगदैर्ध्य (Wavelength) 0.34 मीटर है।
इस जानकारी से हम अंदाजा लगाएंगे कि पाइप के अंदर किस तरह की ‘अप्रगामी तरंग’ बन रही है और ‘सिरे में सुधार’ (End Correction) की गणना करेंगे।
<संकेत> अगर तरंगदैर्ध्य 0.34 मीटर है, तो मूल कंपन (1/4 तरंग) की लंबाई 0.34 ÷ 4 = 0.085 मीटर होगी। हमारा अनुनाद बिंदु 0.415 मीटर है, जो 0.085 मीटर के लगभग 5 गुना (0.425 मीटर) के करीब है। इसका मतलब है कि यहां 5वां कंपन (तीसरा अनुनाद बिंदु) हो रहा है।
लेकिन रुकिए, गणना के अनुसार यह 0.425 मीटर होना चाहिए था, जबकि वास्तव में यह 0.415 मीटर ही है। यह जो अंतर है, वही वह हिस्सा है जहां ध्वनि पाइप के मुंह से थोड़ा बाहर निकलकर कंपन कर रही है (इसे ही End Correction कहते हैं)।
0.425m – 0.415m = ???
तो, जवाब कितने सेंटीमीटर होगा? (जवाब 1 सेंटीमीटर है!) इस तरह, प्रयोग के आंकड़ों और सिद्धांत को मिलाकर हम हवा के उस ‘फैलाव’ को भी माप सकते हैं जो हमें दिखाई भी नहीं देता। यही तो भौतिकी के प्रयोगों का असली रोमांच है।
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