बिना छुए बजने लगा!? एक ट्यूनिंग फोर्क से समझें ‘अनुनाद’ का रहस्य और इमारतों के हिलने का कारण

साइंस ट्रेनर कुआको केन हूँ। हर दिन एक नया प्रयोग।

यहाँ दो ट्यूनिंग फोर्क आमने-सामने रखे हुए हैं। इनमें से सिर्फ एक को हल्के से बजाइए, और फिर तुरंत हाथ से पकड़कर उसकी आवाज़ रोक दीजिए।

अब तो पूरी शांति होनी चाहिए, लेकिन अजीब बात यह है कि आवाज़ अभी भी सुनाई देती है। इस रहस्यमय घटना के पीछे वही सिद्धांत काम कर रहा है जो भूकंप के दौरान ऊँची इमारतों को झुलाता है। पहले यह वीडियो देखिए।

जब ट्यूनिंग फोर्क “जवाब” देता है

एक जैसी आवृत्ति वाले दो ट्यूनिंग फोर्क तैयार कीजिए। एक को बजाइए और फिर हाथ से पकड़कर उसकी ध्वनि रोक दीजिए। हैरानी की बात यह है कि दूसरा ट्यूनिंग फोर्क, जिसे किसी ने छुआ तक नहीं, खुद ही कंपन करने लगता है और आवाज़ पैदा करने लगता है।

लेकिन यदि दूसरे ट्यूनिंग फोर्क पर एक छोटा-सा भार लगा दिया जाए और उसकी प्राकृतिक आवृत्ति को थोड़ा बदल दिया जाए, तो वही प्रयोग करने पर कुछ भी नहीं होता। मानो आपने उससे बात तो की, लेकिन उसने सुना ही नहीं।

प्राकृतिक आवृत्ति क्या होती है?

इस घटना को समझने की कुंजी है प्राकृतिक आवृत्ति।

हर वस्तु की अपनी एक ऐसी आवृत्ति होती है जिस पर वह सबसे आसानी से कंपन करती है। झूले के बारे में सोचिए। यदि झूले को सही समय पर धक्का दिया जाए, तो बहुत कम बल से भी वह ऊँचा और ऊँचा झूलने लगता है। लेकिन यदि समय सही न हो, तो चाहे जितना ज़ोर लगा लें, झूला ज़्यादा नहीं झूलेगा।

झूले की यही सबसे अनुकूल कंपन आवृत्ति उसकी प्राकृतिक आवृत्ति कहलाती है।

ट्यूनिंग फोर्क के साथ भी यही होता है। जब एक ट्यूनिंग फोर्क बजता है, तो वह हवा में ध्वनि तरंगें भेजता है। यदि इन ध्वनि तरंगों की आवृत्ति दूसरे ट्यूनिंग फोर्क की प्राकृतिक आवृत्ति से बिल्कुल मेल खा जाए, तो ऊर्जा बहुत कुशलता से स्थानांतरित होती है। परिणामस्वरूप, दूसरा ट्यूनिंग फोर्क बिना छुए ही कंपन करने लगता है।

इसी घटना को अनुनाद (रेज़ोनेंस) कहा जाता है।

अनुनाद हमारे चारों ओर मौजूद है

अनुनाद केवल प्रयोगशाला तक सीमित नहीं है।

उदाहरण के लिए, जब आप बाथरूम या शॉवर रूम में गाना गाते हैं, तो आपकी आवाज़ सामान्य से अधिक गूँजती है। इसका कारण भी अनुनाद है। कमरे के आकार और आकृति के अनुसार कुछ विशेष स्वर अधिक आसानी से गूँजते हैं। जब आपकी आवाज़ उन स्वरों के करीब होती है, तो ध्वनियाँ एक-दूसरे को मज़बूत करती हैं और आवाज़ अधिक तेज़ सुनाई देती है।

संगीत वाद्ययंत्र भी अनुनाद का शानदार उपयोग करते हैं। गिटार की तारें कंपन करती हैं, लेकिन उसके लकड़ी के शरीर में अनुनाद होने से ध्वनि कई गुना बढ़ जाती है। केवल तारों के कंपन से वह समृद्ध और मधुर ध्वनि पैदा नहीं हो सकती।

रेडियो और टीवी के चैनल चुनने का सिद्धांत भी यही है। एंटीना के परिपथ को किसी विशेष आवृत्ति पर “ट्यून” किया जाता है, जिससे वही आवृत्ति वाली रेडियो तरंगें सबसे प्रभावी ढंग से प्राप्त होती हैं। आधुनिक संचार तकनीक की नींव में भी अनुनाद की महत्वपूर्ण भूमिका है।

इमारतों को हिलाने वाला “अदृश्य अनुनाद”

अब इस विचार को बहुत बड़े पैमाने पर देखते हैं।

सन् 2011 के पूर्वी जापान भूकंप के दौरान, भूकंप के केंद्र से लगभग 350 किलोमीटर दूर टोक्यो के शिंजुकु क्षेत्र की ऊँची इमारतों में एक अनोखी घटना देखी गई। वे इमारतें लंबे समय तक धीरे-धीरे लेकिन बड़े आयाम के साथ झूलती रहीं। यह कंपन भूकंप केंद्र के पास महसूस होने वाले तीव्र झटकों से बिल्कुल अलग था।

इसका कारण भी अनुनाद ही था।

दूर तक यात्रा करके पहुँची भूकंपीय तरंगों में से लंबी अवधि वाली भूकंपीय तरंगें (Long-Period Ground Motion) ऊँची इमारतों की प्राकृतिक आवृत्ति से मेल खा गईं।

सामान्यतः जितनी ऊँची इमारत होती है, उसकी प्राकृतिक आवृत्ति उतनी ही कम होती है, अर्थात वह धीरे-धीरे झूलती है। गगनचुंबी इमारतों की प्राकृतिक आवृत्ति कई सेकंड से लेकर दर्जनों सेकंड तक हो सकती है। इसलिए वे लंबी अवधि वाली भूकंपीय तरंगों के साथ आसानी से अनुनाद में आ जाती हैं।

एक छोटा-सा ट्यूनिंग फोर्क और 200 मीटर ऊँची इमारत — दोनों के व्यवहार को एक ही सिद्धांत समझा सकता है। यही भौतिकी की खूबसूरती है।

“मेल बिठाना” और “मेल बिगाड़ना” — मानव बुद्धिमत्ता

अनुनाद सही ढंग से उपयोग किया जाए तो बेहद शक्तिशाली सहयोगी बन सकता है, लेकिन यदि इसे नियंत्रित न किया जाए तो यह बड़े नुकसान का कारण भी बन सकता है।

इसीलिए आधुनिक गगनचुंबी इमारतों में अनुनाद से होने वाले कंपन को कम करने के लिए विशेष उपकरण लगाए जाते हैं। इनमें से एक है कंपन-नियंत्रक डैम्पर। इसमें भवन के भीतर एक बड़ा भार रखा जाता है, जो इमारत की गति के विपरीत दिशा में चलता है और कंपन की ऊर्जा को अवशोषित कर लेता है।

टोक्यो की कई ऊँची इमारतों में यह तकनीक अपनाई गई है। सिद्धांत की दृष्टि से देखें तो यह उसी विचार जैसा है जिसमें ट्यूनिंग फोर्क पर छोटा-सा भार लगाकर उसकी प्राकृतिक आवृत्ति बदल दी जाती है।

प्रकृति की शक्तियों के सामने मानव ने दो रास्ते अपनाए हैं—जहाँ लाभ हो वहाँ अनुनाद का उपयोग करना, और जहाँ खतरा हो वहाँ अनुनाद को रोकना।

एक साधारण-सा ट्यूनिंग फोर्क प्रयोग वास्तुकला, संचार, संगीत और आपदा-प्रबंधन जैसे अनेक क्षेत्रों से गहराई से जुड़ा हुआ है।

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