গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দের বেগ

শব্দেতর শব্দ:-20Hz এর কম কম্পাঙ্কযুক্ত; এই শব্দ মানুষ শুনতে পায় না।

শব্দোত্তর শব্দ:-20000Hz এর বেশি কম্পাঙ্কযুক্ত; এই শব্দ মানুষ শুনতে পায় না ।

শ্রুতিগোচর শব্দ :-20Hz-20000Hz মানুষ এই শব্দ শুনতে পায়।

গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দ ঘনীভবন ও তনুভবনের মধ্য দিয়ে বিস্তার লাভ করে। মাধ্যমের কোন স্থান চ্যুতি হয় না। ঘনীভবনের স্থানে চাপ ও ঘনত্ব বৃদ্ধি পায় ।অনুভবনের স্থানে চাপ ও ঘনত্ব হ্রাস পায় ।কঠিন ও তরলের মধ্য দিয়েশব্দ অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গের আকারে বিস্তার লাভ করে। ঘনীভবন ও তনুভবনের সম্মিলিত দৈর্ঘ্য হল তরঙ্গ দৈর্ঘ্য।

শব্দ তরঙ্গের প্রতিফলন, প্রতিসরণ ,ব্যতিচার ,অপবর্তন ইত্যাদি ঘটনাগুলি ঘটে ।তবে শব্দ অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গ হওয়ায় সমাবর্তন হয় না।

প্রমাণ চাপ ও তাপমাত্রায় বাতাসে শব্দের বেগ 332 মিটার / সেকেন্ড ।

🌒 গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দের বেগ সম্পর্কিত নিউটনের সূত্র :

বিজ্ঞানী নিউটন তথ্যমূলক আলোচনা থেকে দেখান যে কোন মাধ্যমে অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গ বেগ

\( V=\sqrt{\frac{E}{D}}\)

[E=মাধ্যমের স্থিতিস্থাপক গুণাঙ্ক D=মাধ্যমের ঘনত্ব ]

শব্দ অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গ ।শব্দ গ্যাসীয় মাধ্যমে বিস্তার লাভ করে ।গ্যাসের স্থিতিস্থাপক গুণাঙ্ক বলতে গ্যাসের আয়তন বিকৃতি গুণাঙ্ক(k)কে বোঝায় । তাই গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দের বেগ

\( V=\sqrt{\frac{K}{D}}\)

নিউটন তার তত্ত্বমূলক আলোচনায় ধরে নিয়েছিলেন যে গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দ বিস্তার লাভ করে সমোষ্ণ পদ্ধতিতে। সমোষ্ণ পদ্ধতিতে গ্যাসের আয়তন বিকৃতি গুণাঙ্ক K গ্যাসের চাপের (P)সাথে সমান হয়। তাই গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দের বেগ

\(V=\sqrt{\frac{P}{D}}\)

।

এটি গ্যাসের মাধ্যমে শব্দের বেগ সম্পর্কিত নিউটনের সূত্র।

a)কেন এই সূত্রের সংশোধন করার প্রয়োজন হয়েছিল?

নিউটন প্রদত্ত সূত্র অনুসারে প্রমাণ চাপ তাপমাত্রায় বাতাসে শব্দের বেগ হয় 280 মিটার/ সেকেন্ড প্রায়। কিন্তু পরীক্ষালব্ধ ফল থেকে দেখা যায় প্রমাণ চাপ তাপমাত্রায় বাতাসে শব্দের বেগ 332 মিটার / সেকেন্ড প্রায় ।সূত্র থেকে প্রাপ্ত ফল ও পরীক্ষালব্ধ ফলের মধ্যে এই বিরাট পার্থক্যের জন্য এই সূত্রের সংশোধন করার প্রয়োজন হয়েছিল ।

বিজ্ঞানী ল্যাপলাস এই সূত্রের সংশোধন করেন ।

বিজ্ঞানীর মতে গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দ বিস্তার লাভ করে রুদ্ধতাপ পদ্ধতিতে। রুদ্ধতাপ পদ্ধতিতে গ্যাসের আয়তন বিকৃতি গুণাঙ্ক(k)=\({\gamma}p\) হয় ।

\(\gamma\) =গ্যাসের দুই প্রকার প্রসারণ গুণাঙ্কের অনুপাত । \(∴\)গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দের বেগ \(V=\sqrt{\frac{\gamma{p}}{D}}\)

এটি গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দের বেগ সম্পর্কিত ল্যাপলাসের এর সূত্র। এটি নিউটন সূত্রের সংশোধিত রূপ।

✅ গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দের বেগের উপর বিভিন্ন বিষয়ের প্রভাব :-

1)চাপের প্রভাব:- আমরা জানি \(V=\sqrt{\frac{\gamma{p}}{D}}\) ;চাপের পরিবর্তনে \(\frac{p}{D}\)এই অনুপাত টি সর্বদা ধ্রুবক থাকায় গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দের বেগ চাপের উপর নির্ভর করে না।

2)তাপমাত্রার প্রভাব :- আমরা জানি, \(V=\sqrt{\frac{\gamma{p}}{D}}\)এখন \(D=\frac{m}{V_d}\)

\(V=\sqrt{\frac{\gamma{p}}{\frac{M}{V}}}\)

\(V=\sqrt{\frac{\gamma{pV}}{M}}\)

\(V=\sqrt{\frac{\gamma{RT}}{M}}\) [যেহেতু 1mol গ্যাসের ক্ষেত্রে PV=RT]

\(∴\) \(V\propto\sqrt{T}\)

গ্যাসীয় মাধ্যমের শব্দের বেগ এর পরম তাপমাত্রার বর্গমূলের সমানুপাতে পরিবর্তিত হয়।

3) আদ্রতার প্রভাব:- আদ্রতা বৃদ্ধিতে বাতাসে শব্দের বেগ হ্রাস পায়।শুষ্ক বায়ু অপেক্ষা আদ্র বায়ুর ঘনত্ব কম । শুষ্ক বায়ু অপেক্ষা আদ্র বায়ুতে শব্দের বেগ বেশি । শীতকাল অপেক্ষা বর্ষাকালে বাতাসে শব্দের বেগ বেশি হয়।

4)ঘনত্বের প্রভাব:- \(V=\sqrt{\frac{\gamma{p}}{D}}\) \(V\propto{\frac{1}{\sqrt{D}}}\) গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দের বেগ মাধ্যমের ঘনত্বের বর্গমূলের ব্যস্তানুপাতে পরিবর্তিত হয়।

5)আণবিক ভরের উপর :-\(V=\sqrt{\frac{\gamma{pV}}{M}}\) \(V\propto{\frac{1}{\sqrt{M}}}\) \(∴\) গ্যাসীয় মাধ্যমে শব্দের বেগ মাধ্যমের উপাদানের আণবিক ভরের বর্গমূলের ব্যস্তানুপাতে পরিবর্তিত হয়।

বিভিন্ন মাধ্যমে শব্দের বেগ

গ্যাসীয় পদার্থের ন্যায় কঠিন ও তরল মাধ্যমের মধ্য দিয়েও শব্দ অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গের আকারে বিস্তার লাভ করে। কঠিন বা তরলের ঘনত্ব গ্যাসীয় পদার্থের তুলনায় বেশি হলেও স্থিতিস্থাপক গুণাঙ্ক অনেকগুন বেশি হওয়ায় কঠিন, তরলের শব্দের বেগ গ্যাসের তুলনায় অনেক গুণ বেশি।

শব্দের বেগের তাপমাত্রা গুণাঙ্ক 61 cm/s অর্থাৎ প্রতি ডিগ্রি সেলসিয়াস উষ্ণতা বৃদ্ধিতে শব্দের বেগ 61 cm/s হারের বৃদ্ধি পায়।

STPতে বাতাসের শব্দের বেগ 332 m/s . (প্রায়)।

জলে শব্দের বেগ প্রায় 1500m/s . ।

স্টিলের মধ্যে শব্দের বেগ 5941m/s (প্রায়)।

✅গ্যাসের মিশ্রণে শব্দের বেগ :-

\(M_1\) আণবিক ওজন সম্পন্ন \(N_1\) মোল গ্যাস এবং \(M_2 \)আণবিক ওজন সম্পন্ন \(N_2\)মোল গ্যাস মিশ্রিত করলে মিশ্রণের গড় আণবিক ওজন \(M=\frac{{M_1N_1}+{M_2N_2}}{N_1+N_2}\) এখন গ্যাসের শব্দের বেগ V হলে