ध्वनि, तरंगें और विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम

AI की सहायता से तैयार किया गया और 28 अक्टूबर 2026 को तथ्यों की जाँच की गई; किसी मानव संपादक ने इसे अभी पंक्ति-दर-पंक्ति नहीं पढ़ा है। कोई गलती दिखे तो हमें बताइए। संपादकीय मानक और सुधार

तरंग क्या है

तरंग ऊर्जा को एक स्थान से दूसरे स्थान तक ले जाती है, जबकि माध्यम के कण केवल अपनी माध्य स्थितियों के इधर-उधर कंपन करते हैं। ध्वनि और जल तरंगों जैसी यांत्रिक तरंगों को माध्यम चाहिए; प्रकाश जैसी विद्युतचुंबकीय तरंगों को नहीं। अनुप्रस्थ (transverse) तरंग में कण तरंग के चलने की दिशा के लंबवत कंपन करते हैं और शृंग तथा गर्त बनाते हैं (डोरी पर तरंग, सभी विद्युतचुंबकीय तरंगें); अनुदैर्ध्य (longitudinal) तरंग में वे चलने की दिशा में ही कंपन करते हैं और संपीडन तथा विरलन बनाते हैं (वायु में ध्वनि)। केवल अनुप्रस्थ तरंगों का ध्रुवण (polarisation) हो सकता है, जो दर्शाता है कि प्रकाश अनुप्रस्थ है। अनुप्रस्थ तरंगें द्रव के भीतर से नहीं गुजर सकतीं, इसीलिए भूकंपीय S-तरंगें पृथ्वी के द्रव बाह्य क्रोड को पार नहीं करतीं।

आवृत्ति, तरंगदैर्ध्य और चाल

आयाम, यानी कण का अधिकतम विस्थापन, प्रबलता (loudness) तय करता है, जिसे डेसिबल (dB) में मापते हैं। आवृत्ति, यानी प्रति सेकंड कंपनों की संख्या, जिसका मात्रक हर्ट्ज (Hz) है, तारत्व (पिच) तय करती है, और आवर्तकाल T = 1/f है। दो क्रमागत शृंगों या संपीडनों के बीच की दूरी तरंगदैर्ध्य (λ) है, और हर तरंग v = fλ का पालन करती है: वायु में, जहाँ ध्वनि लगभग 340 मी/से से चलती है, 340 Hz के स्वर की तरंगदैर्ध्य 1 मीटर होती है। महिलाओं और बच्चों की आवाज का तारत्व पुरुषों से अधिक होता है; मच्छर की भिनभिनाहट ऊँचे तारत्व की और शेर की दहाड़ निम्न तारत्व की किंतु प्रबल होती है। गुणता (टिम्बर) के कारण हम एक ही स्वर को समान प्रबलता से बजाती बाँसुरी और वायलिन में अंतर कर पाते हैं। सामान्य बातचीत लगभग 60 dB की होती है।

अवश्रव्य और पराश्रव्य ध्वनि

मनुष्य लगभग 20 Hz से 20,000 Hz (20 kHz) तक की ध्वनि सुनता है। 20 Hz से नीचे की ध्वनि अवश्रव्य (infrasound) है: भूकंप मुख्य आघात तरंगों से पहले इसे उत्पन्न करते हैं, और व्हेल, हाथी तथा गैंडे संचार के लिए इसका उपयोग करते हैं। 20 kHz से ऊपर की ध्वनि पराश्रव्य (ultrasound) है: कुत्ते इसे सुन सकते हैं, और चमगादड़, डॉल्फ़िन तथा पॉरपॉइज़ इसे उत्पन्न करते हैं; चमगादड़ इसकी प्रतिध्वनि से अंधेरे में रास्ता खोजते और शिकार करते हैं। पराश्रव्य ध्वनि का उपयोग अल्ट्रासोनोग्राफी में गर्भस्थ शिशु, यकृत और वृक्क देखने में, इकोकार्डियोग्राफी में हृदय का चित्र लेने में, गुर्दे की पथरी को बारीक कणों में तोड़ने में, धातु के खंडों में दरारें खोजने में और कठिनाई से पहुँचने वाले भागों की सफाई में होता है।

प्रतिध्वनि और सोनार

स्पष्ट सुनाई देने वाली परावर्तित ध्वनि प्रतिध्वनि (echo) है। ध्वनि की संवेदना हमारे मस्तिष्क में लगभग 0.1 सेकंड तक रहती है, इसलिए प्रतिध्वनि को कम से कम 0.1 सेकंड बाद लौटना चाहिए; 344 मी/से की चाल से (लगभग 22 डिग्री सेल्सियस पर वायु में ध्वनि की चाल) ध्वनि इतने समय में 34.4 मीटर चलती है, अतः परावर्तक सतह कम से कम 17.2 मीटर दूर होनी चाहिए। बड़े सभागारों में बार-बार के परावर्तन से ध्वनि देर तक बनी रहती है (अनुरणन, reverberation), जिसे पर्दों और ध्वनि-अवशोषक बोर्डों से घटाया जाता है। बहुल परावर्तन का उपयोग मेगाफोन, हॉर्न, सभागारों की वक्राकार छतों और स्टेथोस्कोप में होता है, जिसका आविष्कार रेने लैनेक ने किया। सोनार (SONAR: Sound Navigation And Ranging) जहाज से पराश्रव्य स्पंद भेजकर उनकी प्रतिध्वनि लौटने का समय मापता है, जिससे समुद्र की गहराई ज्ञात होती है या पनडुब्बियों और डूबे जहाजों का पता चलता है: गहराई = चाल x समय / 2। समुद्री जल में, जहाँ ध्वनि लगभग 1500 मी/से से चलती है, 2 सेकंड में लौटी प्रतिध्वनि का अर्थ है 1500 मीटर गहराई।

ध्वनि की चाल

ध्वनि को माध्यम चाहिए और यह निर्वात में नहीं चल सकती, जैसा बेल-जार प्रयोग दिखाता है; इसीलिए चंद्रमा पर अंतरिक्ष यात्री रेडियो से बात करते हैं। ध्वनि ठोसों में सबसे तेज, द्रवों में उससे धीमी और गैसों में सबसे धीमी चलती है: इस्पात में लगभग 6000 मी/से (NCERT की सारणी में 5960 मी/से), जल में लगभग 1500 मी/से और 0 डिग्री सेल्सियस पर वायु में लगभग 331 मी/से। वायु में इसकी चाल ताप और आर्द्रता के साथ बढ़ती है, जबकि केवल दाब बदलने से इस पर प्रभाव नहीं पड़ता। हमें बिजली की चमक गरज से पहले दिखती है क्योंकि प्रकाश ध्वनि से लगभग दस लाख गुना तेज है, और दोनों के बीच का समय-अंतर बताता है कि तूफान कितनी दूर है। ध्वनि से तेज चलने वाला विमान पराध्वनिक (सुपरसोनिक) कहलाता है और ध्वनि बूम उत्पन्न करता है।

डॉप्लर प्रभाव

जब ध्वनि स्रोत और श्रोता एक-दूसरे के सापेक्ष गति करते हैं, तो सुनाई देने वाला तारत्व बदल जाता है: पास आने पर बढ़ता है और दूर जाने पर घटता है, इसीलिए गुजरती रेलगाड़ी की सीटी का तारत्व गिरता हुआ लगता है। ऑस्ट्रियाई भौतिकविद क्रिश्चियन डॉप्लर ने 1842 में इसकी व्याख्या की। पुलिस की स्पीड गन, डॉप्लर मौसम रडार और रक्त-प्रवाह की डॉप्लर अल्ट्रासाउंड जाँच इसका उपयोग करते हैं, और दूर की आकाशगंगाओं के प्रकाश में अभिरक्त विस्थापन (रेड शिफ्ट) दिखाता है कि वे हमसे दूर जा रही हैं।

विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम

विद्युतचुंबकीय तरंगें अनुप्रस्थ होती हैं, उन्हें माध्यम की आवश्यकता नहीं होती और निर्वात में सभी 3 x 10^8 मी/से से चलती हैं; जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने इनकी भविष्यवाणी की और हाइनरिख हर्ट्ज ने प्रयोगशाला में पहली बार रेडियो तरंगें उत्पन्न कीं। तरंगदैर्ध्य के बढ़ते क्रम में ये हैं: गामा किरणें, X-किरणें, पराबैंगनी, दृश्य प्रकाश, अवरक्त, सूक्ष्म तरंगें (माइक्रोवेव) और रेडियो तरंगें। गामा किरणें नाभिकीय अभिक्रियाओं से निकलती हैं और कैंसर के उपचार तथा उपकरणों को जीवाणुरहित करने में प्रयुक्त होती हैं; 1895 में विल्हेम रॉन्टजन द्वारा खोजी गई X-किरणें हड्डियाँ दिखाती हैं और सामान की जाँच करती हैं; सूर्य की पराबैंगनी किरणें अधिकांशतः ओजोन परत द्वारा अवशोषित हो जाती हैं, त्वचा को झुलसाती हैं (सनबर्न) और त्वचा में विटामिन D बनाने में सहायक हैं; अवरक्त किरणें ऊष्मा के रूप में अनुभव होती हैं और टीवी रिमोट तथा रात्रि-दृष्टि उपकरणों में प्रयुक्त होती हैं; सूक्ष्म तरंगें भोजन पकाती हैं और रडार तथा उपग्रह संकेत ले जाती हैं; रेडियो तरंगें रेडियो और टेलीविजन प्रसारण ले जाती हैं।

मुख्य तथ्य

अनुप्रस्थ तरंगें (शृंग और गर्त): प्रकाश और सभी विद्युतचुंबकीय तरंगें, डोरी पर तरंग। अनुदैर्ध्य तरंगें (संपीडन और विरलन): वायु में ध्वनि। केवल अनुप्रस्थ तरंगों का ध्रुवण हो सकता है।
v = f x λ; आवृत्ति (Hz) तारत्व तय करती है, आयाम प्रबलता (dB), और गुणता (टिम्बर) दो वाद्ययंत्रों में अंतर बताती है।
श्रव्य परास 20 Hz से 20 kHz; 20 Hz से नीचे अवश्रव्य (भूकंप, व्हेल, हाथी); 20 kHz से ऊपर पराश्रव्य (चमगादड़, डॉल्फ़िन; कुत्ते इसे सुन सकते हैं)।
पराश्रव्य ध्वनि के उपयोग: अल्ट्रासोनोग्राफी, इकोकार्डियोग्राफी, गुर्दे की पथरी तोड़ना, धातु में दरार खोजना, छोटे पुर्जों की सफाई, सोनार।
प्रतिध्वनि के लिए 0.1 सेकंड का अंतर चाहिए, इसलिए बाधा कम से कम लगभग 17.2 मीटर दूर हो; सोनार में गहराई = चाल x समय / 2।
ध्वनि ठोसों में सबसे तेज, फिर द्रवों में, फिर गैसों में; वायु में 0 डिग्री सेल्सियस पर लगभग 331 मी/से, गर्म या आर्द्र वायु में तेज; निर्वात में ध्वनि नहीं चलती, इसलिए अंतरिक्ष यात्री रेडियो का प्रयोग करते हैं।
डॉप्लर प्रभाव (क्रिश्चियन डॉप्लर, 1842): पास आते स्रोत का तारत्व अधिक सुनाई देता है; स्पीड गन और मौसम रडार में उपयोग, और अभिरक्त विस्थापन से आकाशगंगाओं का दूर जाना ज्ञात होता है।
तरंगदैर्ध्य के बढ़ते क्रम में विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम: गामा, X-किरणें, पराबैंगनी, दृश्य, अवरक्त, सूक्ष्म तरंग, रेडियो; निर्वात में सभी 3 x 10^8 मी/से से चलती हैं।
X-किरणें: रॉन्टजन, 1895; पराबैंगनी किरणों को ओजोन अधिकांशतः अवशोषित करती है, ये विटामिन D बनाने में सहायक; अवरक्त: टीवी रिमोट, रात्रि-दृष्टि; सूक्ष्म तरंगें: ओवन, रडार; गामा किरणें: कैंसर उपचार।

एक नज़र में दोहराव

अनुप्रस्थ: शृंग और गर्त, प्रकाश; अनुदैर्ध्य: संपीडन और विरलन, ध्वनि; v = f λ; तारत्व = आवृत्ति, प्रबलता = आयाम (dB); श्रव्य परास 20 Hz-20 kHz; इससे नीचे अवश्रव्य, ऊपर पराश्रव्य (चमगादड़, सोनार, अल्ट्रासोनोग्राफी); प्रतिध्वनि के लिए 17.2 मीटर; ध्वनि ठोसों में सबसे तेज, निर्वात में शून्य, वायु में 0 डिग्री सेल्सियस पर 331 मी/से; डॉप्लर 1842; विद्युतचुंबकीय क्रम: गामा, X, पराबैंगनी, दृश्य, अवरक्त, सूक्ष्म तरंग, रेडियो; X-किरणें रॉन्टजन 1895।

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