GSEB Class 9 Science Solutions Chapter 12 ધ્વનિ

સ્વાધ્યાયના પ્રશ્નોત્તર

Question 1. ધ્વનિ શું છે? અને તે કેવી રીતે ઉત્પન્ન થાય છે?
Answer: ધ્વનિ એક પ્રકારની ઊર્જા છે, જે આપણા કાનમાં સાંભળવાની લાગણી પેદા કરે છે. વસ્તુઓ જ્યારે કંપન પામે છે, ત્યારે ધ્વનિ બને છે.
In simple words: ધ્વનિ એ એક ઊર્જા છે જે આપણા કાનને સાંભળવાનો અનુભવ કરાવે છે. તે વસ્તુઓના કંપનથી પેદા થાય છે.

Exam Tip: ધ્વનિની વ્યાખ્યા અને તેની ઉત્પત્તિનું મૂળભૂત કારણ સ્પષ્ટ રીતે સમજાવો, જેથી ઉત્તર સંપૂર્ણ લાગે.

Question 2. આકૃતિની મદદથી વર્ણવો કે ધ્વનિનો સ્ત્રોત તેની નજીકના વાયુઓમાં સંઘનન અને વિઘનન કેવી રીતે ઉત્પન્ન કરે છે?
Answer: કંપન કરતી વસ્તુ કોઈ માધ્યમમાં સંઘનન (C) અને વિઘનન (R)ની એક લાઇન બનાવે છે.

• આકૃતિ 12.23 માં કંપન કરતા ધ્વનિ-ચીપિયા (સ્વરકાંટા) દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ધ્વનિ તરંગો બતાવ્યા છે.
• કંપન થવા દરમિયાન, જ્યારે સ્વરકાંટાના છેડા બહારની તરફ ખસે છે, ત્યારે તે પોતાની સામેની હવાને ધક્કો મારીને સંકોચન પેદા કરે છે. આના પરિણામે ઊંચા દબાણવાળો એક વિસ્તાર રચાય છે, જેને સંઘનન (C) કહેવામાં આવે છે.
• પછી, આ સંઘનન કંપન કરતા સ્વરકાંટાથી દૂર, હવામાં આગળ વધવા લાગે છે.
• જ્યારે સ્વરકાંટાના છેડા પાછળની તરફ અંદરની તરફ ખસે છે, ત્યારે નીચા દબાણવાળો વિસ્તાર બને છે, જેને વિઘનન (R) કહેવાય છે.
• આ રીતે, ધ્વનિ-ચીપિયાના છેડા ઝડપથી આગળ-પાછળ હલનચલન કરતા હોવાથી, એટલે કે કંપન કરતા હોવાથી, હવામાં સંઘનન અને વિઘનનની એક શ્રેણી રચાય છે, જેના કારણે હવામાં ધ્વનિ તરંગો ફેલાય છે.

Exam Tip: આકૃતિનો ઉપયોગ કરીને સંઘનન અને વિઘનનની રચનાની પ્રક્રિયા સ્પષ્ટપણે વર્ણવો. સ્વરકાંટાના કંપનનું ઉદાહરણ આપી શકાય.

Question 3. કયો પ્રયોગ દર્શાવે છે કે ધ્વનિના પ્રસરણ માટે માધ્યમ આવશ્યક છે?
Answer: એક હવાચુસ્ત બેલ જાર લો, જેની અંદર હવાને સંપૂર્ણપણે બહાર કાઢી શકાય. તે બેલ જારમાં એક ઇલેક્ટ્રિકલ બેલ (વિદ્યુત ઘંટડી) લટકાવો. બેલ જારને હવા ખેંચી લેતા પંપ (વેક્યુમ પંપ) સાથે જોડો, જેમ આકૃતિ 12.6 માં બતાવવામાં આવ્યું છે.

પદ્ધતિ: વિદ્યુત ઘંટડીમાં બહારથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરતા (સ્વિચ ON કરતા) ઘંટડીનો અવાજ બહાર સંભળાય છે.

• હવે, હવાશોષક પંપને ચાલુ કરતા બેલ જારમાંથી હવા/વાયુ ધીરે ધીરે બહાર નીકળે છે પણ વિદ્યુત ઘંટડીમાં વહેતો પ્રવાહ પહેલાંના જેટલો જ હોવા છતાં હવે વિદ્યુત ઘંટડીનો અવાજ ધીમો થતો જાય છે.
• થોડા સમય બાદ જ્યારે બેલ જારમાં બહુ જ ઓછી હવા રહે છે ત્યારે વિદ્યુત ઘંટડીનો ખૂબ જ ધીમો અવાજ સંભળાય છે.
• જ્યારે બેલ જારમાંથી બધી જ હવા કાઢી લેવામાં આવે, ત્યારે વિદ્યુત ઘંટડીનો અવાજ બિલકુલ સંભળાતો નથી.

નિષ્કર્ષ: ધ્વનિતરંગોને પ્રસરવા માટે માધ્યમ (અહીં હવા) આવશ્યક છે.

Exam Tip: બેલ જારના પ્રયોગની ગોઠવણી અને તેના અવલોકનો સ્પષ્ટપણે સમજાવો, જે ધ્વનિ પ્રસરણ માટે માધ્યમની જરૂરિયાત દર્શાવે છે.

Question 4. ધ્વનિતરંગો શા માટે સંગત તરંગો તરીકે ઓળખાય છે?
Answer: ધ્વનિના તરંગો માધ્યમમાં સંઘનન અને વિઘનનની એક હારમાળા તરીકે ફેલાય છે. આ તરંગોની પ્રસરણની દિશાને સમાંતર, માધ્યમના કણો પોતાની સામાન્ય જગ્યાની આસપાસ કંપન કરે છે. આ કારણથી, ધ્વનિ તરંગોને સંગત તરંગો કહેવાય છે.
In simple words: ધ્વનિ તરંગોમાં, માધ્યમના કણો તરંગ ફેલાય છે તે જ દિશામાં આગળ-પાછળ કંપન કરે છે. તેથી તેમને સંગત તરંગો કહે છે.

Exam Tip: સંગત તરંગોની વ્યાખ્યા અને ધ્વનિ તરંગો કેવી રીતે આ ગુણધર્મ દર્શાવે છે તે સ્પષ્ટપણે સમજાવો.

Question 5. ધ્વનિની કઈ લાક્ષણિકતા તમને અંધારા ઓરડામાં બેઠેલા ઘણા બધા લોકો પૈકી તમારા મિત્રનો અવાજ ઓળખવામાં મદદ કરે છે?
Answer: ટેમ્બર – ધ્વનિની ગુણવત્તા એ એક એવી ખાસિયત છે, જેના દ્વારા અંધારા રૂમમાં બેઠેલા ઘણા બધા લોકોમાંથી આપણે આપણા મિત્રનો અવાજ ઓળખી શકીએ છીએ.
In simple words: ધ્વનિની ગુણવત્તા (ટેમ્બર) એ ધ્વનિની એવી ખાસિયત છે જે તમને અંધારામાં તમારા મિત્રના અવાજને ઓળખવામાં મદદ કરે છે.

Exam Tip: ધ્વનિની ગુણવત્તા અથવા ટેમ્બરની ભૂમિકાને સ્પષ્ટ રીતે વર્ણવો અને તે કેવી રીતે અવાજ ઓળખવામાં મદદ કરે છે તે સમજાવો.

Question 6. મેઘગર્જના અને વીજળી બંને એકસાથે ઉત્પન્ન થાય છે; પરંતુ વીજળી દેખાય તે પછી કેટલીક સેકન્ડ બાદ મેઘગર્જના સંભળાય છે. આમ કેમ થાય છે?
Answer: 22 °C તાપમાન પર, હવામાં ધ્વનિની ઝડપ \( v = 344 \text{ ms}^{-1} \) હોય છે. જ્યારે પ્રકાશની ઝડપ \( c = 3 \times 10^8 \text{ m s}^{-1} \) છે. તેથી, \( \frac{c}{v} = \frac{3 \times 10^{8}}{344} \approx 10^6 \) આ ગણતરી પરથી સ્પષ્ટ થાય છે કે પ્રકાશની ઝડપ, ધ્વનિની ઝડપ કરતાં ઘણી વધુ છે (લગભગ \( 10^6 \) ગણી). આ કારણે, વીજળી પહેલાં દેખાય છે અને તેના થોડા સમય પછી મેઘગર્જના સંભળાય છે.
In simple words: વીજળીનો પ્રકાશ ધ્વનિ (મેઘગર્જના) કરતાં ખૂબ ઝડપથી ગતિ કરે છે. તેથી, વીજળી પહેલા દેખાય છે અને પછી મેઘગર્જનાનો અવાજ સંભળાય છે.

Exam Tip: પ્રકાશ અને ધ્વનિના વેગની સરખામણી કરીને આ ઘટનાનું વૈજ્ઞાનિક કારણ સ્પષ્ટ કરો.

Question 7. કોઈ વ્યક્તિની સરેરાશ શ્રાવ્ય-આવૃત્તિ 20 Hzથી 20 kHz છે. આ બે આવૃત્તિઓ માટે ધ્વનિતરંગોની તરંગલંબાઈ શોધો. ધ્વનિનો વેગ \( 344 \text{ m s}^{-1} \) લો.
Answer: અહીં, ધ્વનિનો વેગ \( v = 344 \text{ m s}^{-1} \) છે; પ્રથમ આવૃત્તિ \( v_1 = 20 \text{ Hz} \) છે; બીજી આવૃત્તિ \( v_2 = 20 \text{ kHz} = 20,000 \text{ Hz} \) છે.
તરંગલંબાઈ \( \lambda = \frac{v}{v} \) ના સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને,
\( v_1 = 20 \text{ Hz} \) આવૃત્તિ માટે તરંગલંબાઈ,
\( \lambda_1 = \frac{v}{v_{1}} = \frac{344}{20} = 17.2 \text{ m} \)
\( v_2 = 20,000 \text{ Hz} \) આવૃત્તિ માટે તરંગલંબાઈ,
\( \lambda_2 = \frac{v}{v_{2}} = \frac{344}{20,000} = 0.0172 \text{ m} \)
In simple words: આપણે ધ્વનિની ઝડપને આવૃત્તિ વડે ભાગીને તરંગલંબાઈ શોધીએ છીએ. 20 Hz અને 20,000 Hz ની આવૃત્તિઓ માટે જુદી જુદી તરંગલંબાઈ મળે છે.

Exam Tip: આવા ગણતરીના દાખલામાં, આપેલી કિંમતોને યોગ્ય એકમોમાં લખવાની ખાતરી કરો અને સૂત્રનો સાચો ઉપયોગ કરો.

Question 8. બે બાળકો કોઈ ઍલ્યુમિનિયમ પાઇપના બંને છેડા પાસે એક-એક એમ ઊભેલા છે. એક બાળક પાઇપના એક છેડા પર પથ્થર મારે છે. બીજા છેડા પાસે ઊભેલ બાળક પાસે હવા તથા ઍલ્યુમિનિયમમાંથી પસાર થઈ પહોંચતા ધ્વનિતરંગોએ લીધેલ સમયનો ગુણોત્તર શોધો. પાઠ્યપુસ્તકમાં આપેલ કોષ્ટક 12.1 પરથી 25 °C તાપમાને ઍલ્યુમિનિયમમાં ધ્વનિનો વેગ \( 6420 \text{ m s}^{-1} \) અને હવામાં ધ્વનિનો વેગ \( 346 \text{ m s}^{-1} \) લો.
Answer: ઉકેલ: ધારો કે, ઍલ્યુમિનિયમ પાઈપની લંબાઈ \( l \text{ m} \) છે.
હવામાં \( l \text{ m} \) અંતર કાપવા માટે ધ્વનિને લાગતો સમય,
\( t_1 = \frac{\text{અંતર}}{\text{ઝડપ}} = \frac{l}{v_{\text{air}}} \) ... (1)
ઍલ્યુમિનિયમ પાઇપમાં \( l \text{ m} \) અંતર કાપવા માટે ધ્વનિને લાગતો સમય,
\( t_2 = \frac{\text{અંતર}}{\text{ઝડપ}} = \frac{l}{v_{\text{aluminum}}} \) ... (2)
સમીકરણ (1) અને (2) ને સરખાવતા,
\( \frac{t_1}{t_2} = \frac{l/v_{\text{air}}}{l/v_{\text{aluminum}}} = \frac{v_{\text{aluminum}}}{v_{\text{air}}} \)
આમ, \( \frac{t_1}{t_2} = \frac{6420 \text{ m s}^{-1}}{346 \text{ m s}^{-1}} = 18.55 \)
In simple words: ધ્વનિ ધાતુમાં હવા કરતાં ઘણી ઝડપથી મુસાફરી કરે છે. તેથી, ઍલ્યુમિનિયમ પાઇપમાં ધ્વનિને અંતર કાપવામાં ઓછો સમય લાગે છે, જ્યારે હવામાં તેને વધુ સમય લાગે છે. આ સમયનો ગુણોત્તર 18.55 છે.

Exam Tip: ગુણોત્તર શોધતી વખતે, સમય અને ઝડપના સૂત્રનો યોગ્ય રીતે ઉપયોગ કરો અને આપેલી કિંમતોને સાચી રીતે મૂકો.

Question 9. કાઈ ધ્વાન-સ્ત્રાતની આવૃત્તિ 100 Hz છે. મિનિટમાં ડે તે કેટલી વાર કંપન કરશે?
Answer: ઉકેલ: અહીં, આવૃત્તિ \( v = 100 \text{ Hz} \) છે.
દોલન કરતી વસ્તુ દ્વારા \( 1 \text{ s} \) માં થતા કંપનોની સંખ્યાને તેની આવૃત્તિ કહેવાય છે.
તેથી, \( 1 \text{ s} \) માં થતા કંપનોની સંખ્યા \( = 100 \)
આથી, \( 1 \) મિનિટમાં, એટલે કે \( 60 \text{ s} \) માં થતા કંપનોની સંખ્યા
\( = 60 \times 100 \)
\( = 6000 \)
In simple words: આવૃત્તિ એટલે એક સેકન્ડમાં કેટલા કંપન થાય. જો એક સેકન્ડમાં 100 કંપન થતા હોય, તો એક મિનિટ (60 સેકન્ડ) માં કુલ 6000 કંપન થશે.

Exam Tip: આવૃત્તિ અને સમય વચ્ચેના સંબંધને સ્પષ્ટ રીતે સમજો અને ગણતરી કરતી વખતે એકમોનું ધ્યાન રાખો.

Question 10. શું ધ્વનિ પરાવર્તન તે જ નિયમોનું પાલન કરે છે, જે પ્રકાશનાં તરંગો કરે છે? સમજાવો.
Answer: હા, ધ્વનિનું પરાવર્તન પ્રકાશના તરંગો જેવા જ નિયમોનું પાલન કરે છે.

• આકૃતિ 12.13 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, બે સમાન પાઈપ લો. તમે ચાર્ટ પેપરનો ઉપયોગ કરીને આવા પાઈપ બનાવી શકો છો.
• પાઈપોની લંબાઈ પૂરતી હોવી જોઈએ.
• તેમને દીવાલ પાસે ટેબલ પર યોગ્ય રીતે ગોઠવો. એક પાઈપના ખુલ્લા છેડા પાસે ઘડિયાળ મૂકો અને બીજી પાઈપ પાસે આ ઘડિયાળનો અવાજ સાંભળવાનો પ્રયાસ કરો.
• બંને પાઈપોને એવી રીતે ગોઠવો કે તમને ઘડિયાળનો અવાજ સ્પષ્ટ રીતે સંભળાય.
• પછી આપાતકોણ અને પરાવર્તનકોણ માપો અને તેમની વચ્ચેનો સંબંધ તપાસો.
• જમણી બાજુની પાઈપને થોડી ઊંચે ઉઠાવો અને જુઓ શું થાય છે.

અવલોકન: જમણી બાજુની પાઇપમાં સંભળાતો ઘડિયાળનો (ટિક ટિક) અવાજ ધ્વનિના પરાવર્તનને લીધે છે.

• જે સ્થિતિમાં અવાજ સ્પષ્ટ સંભળાય છે, તે સ્થિતિમાં ધ્વનિનો આપાતકોણ \( i \) અને પરાવર્તનકોણ \( r \) સમાન મળે છે. એટલે કે, \( i = r \), જે ધ્વનિના પરાવર્તનનો પહેલો નિયમ છે.
• જો જમણી બાજુની પાઈપને થોડી ઊંચે ઉઠાવવામાં આવે, તો અવાજ સંભળાતો બંધ થઈ જાય છે, કારણ કે હવે આપાત ધ્વનિ, લંબ ON અને પરાવર્તિત ધ્વનિ એક જ સમતલમાં નથી રહેતા.
• આપાત ધ્વનિ, લંબ ON અને પરાવર્તિત ધ્વનિ એક જ સમતલમાં હોય ત્યારે જ જમણી બાજુની પાઈપમાંથી અવાજ સંભળાય છે, જે ધ્વનિના પરાવર્તનનો બીજો નિયમ છે.

નિષ્કર્ષ: પ્રકાશની જેમ જ ધ્વનિનું પણ પરાવર્તન થઈ શકે છે અને ધ્વનિના કિસ્સામાં પણ પ્રકાશ માટેના પરાવર્તનના નિયમોનું પાલન થાય છે.

Exam Tip: ધ્વનિના પરાવર્તનના બંને નિયમોને પ્રયોગ દ્વારા સમજાવો અને પ્રકાશના પરાવર્તન સાથે તેની સરખામણી કરો.

Question 11. ધ્વનિના એક સ્ત્રોતને પરાવર્તક સપાટીની સામે રાખવાથી તેનો પડધો સંભળાય છે. જો સ્ત્રોત અને પરાવર્તક સપાટી વચ્ચેનું અંતર અચળ રહે, તો શું તમે ગરમીના દિવસોમાં પડધાનો અવાજ સાંભળી શકશો?
Answer: સાંભળવાની ક્ષમતાના વિલંબન (Persistence of hearing) ને કારણે આપણા મગજમાં ધ્વનિની લાગણી \( 0.1 \text{ s} \) સુધી રહે છે. તેથી, સ્પષ્ટ પડઘો સાંભળવા માટે મૂળ ધ્વનિ અને પરાવર્તિત ધ્વનિ વચ્ચે ઓછામાં ઓછો \( 0.1 \text{ s} \) નો સમયગાળો હોવો જરૂરી છે.

• અહીં, ધ્વનિનો સ્ત્રોત અને પરાવર્તક સપાટી વચ્ચેનું અંતર સ્થિર રાખેલું છે.
• હવે, જો દિવસે તાપમાન વધે, તો હવામાં ધ્વનિનો વેગ પણ વધે છે. આથી, અંતર \( d = \) વેગ \( v \times \) સમય \( t \) સૂત્ર મુજબ, ધ્વનિને સાંભળનાર સુધી પહોંચવા માટે લાગતો સમય ઘટશે. (કેમ કે \( d \) સ્થિર છે).
• પરિણામે, જો તાપમાન વધુ હોય તેવા દિવસે, જો સમયનો તફાવત \( 0.1 \text{ s} \) કરતાં ઓછો થઈ જાય (જે તાપમાન પર આધાર રાખે છે), તો પડઘો સંભળાશે નહીં.

Exam Tip: પડઘા સાંભળવા માટે ન્યૂનતમ સમયગાળાની જરૂરિયાત સમજાવો અને તાપમાનની ધ્વનિના વેગ પર થતી અસરનું વિશ્લેષણ કરો.

Question 12. ધ્વનિતરંગોના પરાવર્તનના બે વ્યવહારિક ઉપયોગો લખો.
Answer: ધ્વનિ તરંગોના પરાવર્તનના બે મુખ્ય વ્યવહારિક ઉપયોગો નીચે મુજબ છે:

• 1. મેગાફોન, લાઉડસ્પીકર, હોર્ન, તૂરી અને શહેનાઈ જેવાં સાધનો એવી રીતે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે કે ધ્વનિ બધી દિશાઓમાં ફેલાવવાને બદલે એક ચોક્કસ દિશામાં જાય.
• 2. સ્ટેથોસ્કોપ એક તબીબી સાધન છે, જેનો ઉપયોગ શરીરમાં, ખાસ કરીને હૃદય અને ફેફસાંમાં ઉત્પન્ન થતા ધ્વનિને વારંવાર પરાવર્તન દ્વારા ડૉક્ટરના કાન સુધી પહોંચાડવા માટે થાય છે.
• 3. કૉન્સર્ટ હોલની છત ગોળાકાર હોય છે, જેથી ધ્વનિના પરાવર્તન પછી તે હોલના દરેક ખૂણા સુધી સરળતાથી પહોંચી શકે.

Exam Tip: આવા પ્રશ્નોમાં ઓછામાં ઓછા બે વ્યવહારિક ઉપયોગો સ્પષ્ટ ઉદાહરણો સાથે આપો.

Question 13. 500 m ઊંચા કોઈ ટાવરની ટોચ પરથી એક પથ્થરને નીચે તળાવના પાણીમાં પડવા દેવામાં આવે છે. પાણીમાં તેના પડવાનો ધ્વનિ ટોચ પર કેટલા સમય પછી સંભળાશે? \( g = 10 \text{ m s}^{-2} \), ધ્વનિનો વેગ \( 340 \text{ m s}^{-1} \) લો.
Answer: ઉકેલ: અહીં, પ્રારંભિક વેગ \( u = 0 \); ગુરુત્વાકર્ષણ પ્રવેગ \( g = 10 \text{ m s}^{-2} \), ઊંચાઈ \( h = 500 \text{ m} \); સમય \( t = ? \)
પથ્થર નીચે પડવાનો સમય શોધવા માટે ગતિના બીજા સમીકરણનો ઉપયોગ કરતા:
\( h = ut + \frac{1}{2}gt^2 \)
\( \therefore 500 = 0 \times t + \frac{1}{2} \times 10 \times t^2 \)
\( \therefore 500 = 5t^2 \)
\( \therefore t^2 = 100 \)
\( \therefore t = 10 \text{ s} \)
આમ, ટાવરની ટોચ પરથી પથ્થર છોડ્યા પછી તે \( 10 \text{ s} \) માં તળાવના પાણીની સપાટી પર પહોંચશે.
હવે, પથ્થર પાણીમાં પડવાથી ઉત્પન્ન થયેલા ધ્વનિને ટાવરની ટોચ સુધી પહોંચવા માટે લાગતો સમય,
\( t' = \frac{\text{અંતર}}{\text{ઝડપ}} = \frac{500}{340} \approx 1.47 \text{ s} \)
આથી, ટાવરની ટોચ પરથી પથ્થર છોડ્યા બાદ, કુલ સમય \( t + t' = 10 + 1.47 = 11.47 \text{ s} \) પછી પાણીમાં તેના પડવાથી ઉત્પન્ન થયેલો ધ્વનિ ટાવરની ટોચ સુધી પહોંચશે.
In simple words: પથ્થરને નીચે પડતા 10 સેકન્ડ લાગે છે. પછી તે અવાજ ઉપર આવતા 1.47 સેકન્ડ લાગે છે. કુલ 11.47 સેકન્ડ પછી અવાજ સંભળાશે.

Exam Tip: આવા દાખલામાં, પથ્થરના પડવાનો સમય અને ધ્વનિના પહોંચવાનો સમય બંને અલગથી ગણીને કુલ સમય શોધો.

Question 14. એક ધ્વનિતરંગ \( 339 \text{ m s}^{-1} \) ના વેગથી ગતિ કરે છે. જો તેની તરંગલંબાઈ \( 1.5 \text{ cm} \) હોય, તો આ તરંગની આવૃત્તિ કેટલી હશે? શું તે શ્રાવ્ય હશે?
Answer: ઉકેલ: અહીં, ધ્વનિ તરંગની ઝડપ \( v = 339 \text{ m s}^{-1} \) છે, તરંગલંબાઈ \( \lambda = 1.5 \text{ cm} = 0.015 \text{ m} \) છે; આવૃત્તિ \( v = ? \)
આવૃત્તિ શોધવા માટેનું સૂત્ર: \( v = \frac{v}{\lambda} = \frac{339}{0.015} = 22,600 \text{ Hz} \)
આમ, આ ધ્વનિની આવૃત્તિ \( 20,000 \text{ Hz} \) કરતાં વધુ છે. તેથી, આ ધ્વનિ સાંભળી શકાય નહીં, એટલે કે તે અશ્રાવ્ય છે.
In simple words: આપણે ધ્વનિની ઝડપને તરંગલંબાઈ વડે ભાગીને આવૃત્તિ શોધીએ છીએ. અહીં આવૃત્તિ 22,600 Hz મળે છે, જે માણસ સાંભળી શકે તેના કરતાં વધુ છે, તેથી તે શ્રાવ્ય નથી.

Exam Tip: તરંગલંબાઈને સેન્ટીમીટરથી મીટરમાં રૂપાંતર કરવાનું ભૂલશો નહીં અને માનવ શ્રાવ્યતાની મર્યાદા યાદ રાખો.

Question 15. અનુરણન શું છે? તેને કેવી રીતે ઘટાડી શકાય છે?
Answer: ધ્વનિ ઉત્પન્ન થયા પછી, તેના બંધ થયા બાદ, વારંવાર થતા પરાવર્તનોને કારણે જે ધ્વનિ સાંભળવા મળે છે, તેને અનુરણન કહેવાય છે.
અનુરણન ઘટાડવા માટે, સભાખંડની છત અને દીવાલો પર ધ્વનિ શોષી લેતા પદાર્થો લગાવવા જોઈએ, અથવા મોટા પડદા લટકાવવા જોઈએ.
In simple words: અનુરણન એટલે અવાજ બંધ થયા પછી પણ તેનો પડઘો લાંબા સમય સુધી સંભળાયા કરવો. તેને ઘટાડવા માટે દિવાલો અને છત પર ધ્વનિ શોષી લે તેવી વસ્તુઓ જેવી કે પડદા લગાડવા જોઈએ.

Exam Tip: અનુરણનની સ્પષ્ટ વ્યાખ્યા આપો અને તેને નિયંત્રિત કરવા માટેના ઓછામાં ઓછા બે ઉપાયો સમજાવો.

Question 16. ધ્વનિની પ્રબળતા એટલે શું? તે કઈ બાબતો પર આધાર રાખે છે? [2 ગુણ ]
Answer: ધ્વનિની પ્રબળતા એ ધ્વનિના કંપવિસ્તારની મનોવૈજ્ઞાનિક સમજણ છે, જે શરીરવિજ્ઞાનને લગતી હોય છે. તે પ્રબળ અને નબળા ધ્વનિ વચ્ચેનો તફાવત છે, જે સાંભળનારના કાનમાં થતી સંવેદના દ્વારા નક્કી થાય છે.
ધ્વનિની પ્રબળતા આ બાબતો પર આધાર રાખે છે:

1. કંપન કરતી વસ્તુના કંપવિસ્તાર પર.
2. માનવ કાનની સંવેદનશીલતા પર.

Exam Tip: પ્રબળતાની વ્યાખ્યામાં કંપવિસ્તાર અને માનવકાનની સંવેદનશીલતા બંનેનો ઉલ્લેખ કરો.

Question 17. ચામાચીડિયું પોતાનો શિકાર પકડવા માટે પરાધ્વનિનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરે છે તેનું વર્ણન કરો.
Answer: ચામાચીડિયા ઘોર અંધારામાં પોતાનું ભોજન શોધવા ઊડતા હોય છે ત્યારે તેઓ પરાધ્વનિ તરંગો બહાર પાડે છે અને પરાવર્તન પછી તેમને શોધી કાઢે છે.

• ચામાચીડિયા દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ઊંચી આવૃત્તિવાળા પરાધ્વનિ સ્પંદો અવરોધો કે નાના જીવજંતુઓ સાથે અથડાઈને પાછા ફરે છે અને તેમના કાનમાં દાખલ થાય છે.
• આ પરાવર્તિત તરંગોની પ્રકૃતિનો ઉપયોગ કરીને, ચામાચીડિયા જાણી શકે છે કે અવરોધ કે જીવજંતુ ક્યાં છે અને તે કેવા પ્રકારનું છે.
• ડોલ્ફિન જેવી સસ્તન માછલીઓ પણ અંધારામાં દિશા નિર્ધારણ અને ખોરાકની શોધમાં પરાધ્વનિનો ઉપયોગ કરે છે.

Exam Tip: પરાધ્વનિના ઉત્સર્જન અને સંસૂચનની પ્રક્રિયા તેમજ ચામાચીડિયા દ્વારા તેના ઉપયોગને સ્પષ્ટપણે સમજાવો.

Question 18. વસ્તુઓને સાફ કરવા માટે પરાધ્વનિનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરવામાં આવે છે?
Answer: જે ભાગો સુધી પહોંચવું મુશ્કેલ હોય છે, જેમ કે સર્પિલાકાર નળીઓ, અનિયમિત આકારના ઘટકો, ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો વગેરેને સાફ કરવા માટે, તેમને સફાઈના પ્રવાહીમાં મૂકવામાં આવે છે. પછી, તેના પર પરાધ્વનિ તરંગો પસાર કરવામાં આવે છે. પરાધ્વનિની ઊંચી આવૃત્તિને કારણે, ધૂળ, ચીકાશ અને ગંદકીના કણો વસ્તુથી અલગ પડીને નીચે બેસી જાય છે. આ રીતે, વસ્તુઓ સંપૂર્ણપણે સ્વચ્છ બને છે.
In simple words: સફાઈ માટે, વસ્તુઓને ખાસ પ્રવાહીમાં મૂકીને તેના પર ઊંચા અવાજના (પરાધ્વનિ) તરંગો પસાર કરવામાં આવે છે. આ તરંગો ગંદકીના કણોને અલગ પાડીને વસ્તુને સાફ કરે છે.

Exam Tip: પરાધ્વનિની ઊંચી આવૃત્તિ અને તેના કણોને અલગ પાડવાના ગુણધર્મને સફાઈના સંદર્ભમાં સમજાવો.

Question 19. સોનારની કાર્યવિધિ તથા ઉપયોગોનું વર્ણન કરો.
Answer: દરિયાઈ વિજ્ઞાનના અભ્યાસમાં ધ્વનિના પરાવર્તનની ઘટનાનો ઉપયોગ થાય છે.
SONAR નું પૂરું નામ Sound Navigation and Ranging છે.

• સોનાર પદ્ધતિનો ઉપયોગ પાણીમાં ઊંડે રહેલી વસ્તુઓનું અંતર, દિશા અને વેગ માપવા માટે પરાધ્વનિ તરંગોનો થાય છે.
• સોનારમાં એક ટ્રાન્સમિટર અને એક ડિટેક્ટર (રિસિવર) હોય છે, જે વહાણ કે બોટમાં લગાવેલું હોય છે, જેમ કે આકૃતિ 12.20 માં બતાવ્યું છે.
• ટ્રાન્સમિટર પરાધ્વનિ તરંગો ઉત્પન્ન કરીને તેમને મોકલે છે.
• આ તરંગો પાણીમાંથી પસાર થઈને સમુદ્રના તળિયે રહેલી વસ્તુઓ સાથે અથડાઈને પરાવર્તન પામે છે અને ડિટેક્ટર દ્વારા નોંધાય છે.
• ડિટેક્ટર પરાધ્વનિ તરંગોને ઇલેક્ટ્રિકલ સિગ્નલમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જેની યોગ્ય તપાસ કરી શકાય છે.

Exam Tip: સોનારનું પૂરું નામ, તેની કાર્યપ્રણાલી (ઉત્સર્જન અને સંસૂચન) અને તેના મુખ્ય ઉપયોગો (દા.ત., સમુદ્રની ઊંડાઈ માપવી) સ્પષ્ટપણે સમજાવો.

Question 20. એક સબમરીનમાં લગાડવામાં આવેલ સોનાર સાધન સંકેત મોકલે છે. તેનો પ્રતિધ્વનિ \( 5 \text{ s} \) પછી પ્રાપ્ત થાય છે. જો સબમરીનથી વસ્તુનું અંતર \( 3625 \text{ m} \) હોય, તો ધ્વનિના વેગની ગણતરી કરો.
Answer: ઉકેલ: અહીં, સમય \( t = 5 \text{ s} \) છે; સોનાર સાધનથી વસ્તુનું અંતર \( d = 3625 \text{ m} \) છે; ધ્વનિનો વેગ \( v = ? \)
ધ્વનિનો વેગ શોધવા માટેનું સૂત્ર: \( v = \frac{2d}{t} = \frac{2 \times 3625}{5} = 1450 \text{ m s}^{-1} \)
In simple words: સોનાર સિગ્નલને વસ્તુ સુધી જઈને પાછા આવતા 5 સેકન્ડ લાગે છે, અને કુલ અંતર 3625 મીટર છે. તેથી, ધ્વનિની ઝડપ 1450 મીટર પ્રતિ સેકન્ડ છે.

Exam Tip: સોનારના દાખલામાં, ધ્વનિ દ્વારા કપાયેલ કુલ અંતર (આવવા-જવા માટે) હંમેશાં વસ્તુના અંતરથી બમણું હોય છે, તે યાદ રાખો.

Question 21. કોઈ ધાતુના બ્લૉકમાં રહેલ ખામી શોધવા માટે પરાધ્વનિનો ઉપયોગ કેવી રીતે થાય છે તેનું વર્ણન કરો.
Answer: ધાતુના બ્લોકનો ઉપયોગ મોટા ભાગે મોટાં મકાનો, પુલ, મશીનરી અને વૈજ્ઞાનિક ઉપકરણો બનાવવામાં થાય છે.

• ધાતુના બ્લોકમાં રહેલી તિરાડો કે છિદ્રો બહારથી દેખાતા નથી. આ ખામીઓ ઇમારત કે પુલની મજબૂતી ઓછી કરી શકે છે.
• પરાધ્વનિ તરંગોને ધાતુના બ્લોક પર મોકલવામાં આવે છે અને પરાવર્તિત થતા તરંગોને ડિટેક્ટર દ્વારા નોંધવામાં આવે છે.
• જો બ્લોકમાં કોઈ નાની પણ ખામી હોય, તો પરાધ્વનિ તરંગો તરત જ પરાવર્તિત થાય છે, જે આ ખામીની હાજરી બતાવે છે.

Exam Tip: પરાધ્વનિ તરંગો ખામીમાંથી કેવી રીતે પરાવર્તિત થાય છે અને આ પ્રક્રિયાનું શું મહત્વ છે તે સમજાવો.

Question 22. માનવકાન કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે સમજાવો.
Answer: માનવ કાનના ત્રણ મુખ્ય ભાગો છે:

1. બાહ્ય કર્ણ (Outer ear): બાહ્ય કર્ણને કર્ણપલ્લવ કહેવાય છે. કર્ણપલ્લવ બહારથી આવતા ધ્વનિને ભેગો કરે છે. આ ભેગો થયેલો ધ્વનિ શ્રવણ નળીકામાંથી પસાર થઈને તેના છેડે આવેલા પાતળા પડદા સુધી પહોંચે છે, જેને કર્ણપટલ કહે છે. ધ્વનિના પ્રસરણથી જ્યારે કર્ણપટલ પાસે સંઘનન રચાય છે, ત્યારે પડદા પર બહારથી લાગતું દબાણ વધે છે. તેથી, કર્ણપટલ અંદરની તરફ ધકેલાય છે, અને વિઘનન દરમિયાન તે બહારની તરફ ધકેલાય છે. આ રીતે, કર્ણપટલમાં કંપન થાય છે.
2. મધ્યકર્ણ (Middle ear): કર્ણપટલના કંપનો ખૂબ જ નાના હોય છે. તેમને મધ્યકર્ણમાં રહેલા ત્રણ હાડકાં – હથોડી, એરણ અને પેંગડું દ્વારા વધારવામાં આવે છે. પછી, આ વધેલા દબાણના ફેરફારોને અંતઃકર્ણ તરફ મોકલવામાં આવે છે.
3. અંતઃકર્ણ (Inner ear): અંતઃકર્ણ આ કંપનોને કર્ણાવર્ત (શંખિકા) દ્વારા વિદ્યુત સંકેતોમાં બદલી નાખે છે. (કાનનો આ ભાગ ‘શંખિકા પ્રવાહી’ થી ભરેલો છે.) આ વિદ્યુત સંકેતો શ્રવણતંતુઓ દ્વારા મગજ સુધી પહોંચે છે અને મગજ દ્વારા ધ્વનિ તરીકે તેનું વિશ્લેષણ થાય છે.

Exam Tip: માનવ કાનના દરેક ભાગ (બાહ્ય, મધ્ય અને અંતઃકર્ણ) ના કાર્યો અને ધ્વનિના પ્રસરણની પ્રક્રિયાને તબક્કાવાર સમજાવો.

Intext પ્રશ્નોત્તર [પા.પુ. પાના નં. 162]

Question 1. કંપિત વસ્તુ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ ધ્વનિ તમારા કાન સુધી કેવી રીતે પહોંચે છે?
Answer: કંપન કરતી વસ્તુમાંથી નીકળતો ધ્વનિ, માધ્યમના કણોની કંપન ગતિને કારણે સંઘનન અને વિઘનનની હારમાળા તરીકે ફેલાય છે. આ ધ્વનિ તરંગો સ્વરૂપે આપણા કાન સુધી પહોંચે છે.
In simple words: કંપન કરતી વસ્તુ અવાજ ઉત્પન્ન કરે છે. આ અવાજ હવાના કણોને આગળ-પાછળ ધક્કો મારીને તરંગો બનાવે છે, જે આપણા કાન સુધી પહોંચે છે.

Exam Tip: ધ્વનિના પ્રસરણની પદ્ધતિને, જેમાં સંઘનન અને વિઘનનનો સમાવેશ થાય છે, તે સ્પષ્ટપણે સમજાવો.

Intext પ્રશ્નોત્તર [પા.પુ. પાના નં. 163]

Question 1. તમારી શાળાનો ઘંટ, ધ્વનિ કેવી રીતે ઉત્પન કરે છે તે સમજાવો.
Answer: જ્યારે શાળાના ઘંટ પર હથોડી મારવામાં આવે છે, ત્યારે ઘંટ કંપન કરવા લાગે છે. આ કંપનને કારણે ધ્વનિ ઉત્પન્ન થાય છે.
In simple words: જ્યારે ઘંટ પર હથોડી વાગે છે, ત્યારે ઘંટ વાઇબ્રેટ થવા લાગે છે અને તે કંપનથી અવાજ પેદા થાય છે.

Exam Tip: ધ્વનિ ઉત્પન્ન થવાના મૂળભૂત સિદ્ધાંતને (કંપનને) ઉદાહરણ સાથે સમજાવો.

Question 2. ધ્વનિતરંગોને યાંત્રિક તરંગો કેમ કહે છે?
Answer: જે તરંગના પ્રસરણ માટે કોઈ માધ્યમની જરૂર પડે છે, તે તરંગને યાંત્રિક તરંગ કહેવાય છે. ધ્વનિ તરંગોના પ્રસરણ માટે પણ કોઈ ભૌતિક માધ્યમ જરૂરી છે. આ કારણથી, ધ્વનિ તરંગોને યાંત્રિક તરંગો કહે છે.
In simple words: ધ્વનિ તરંગોને આગળ વધવા માટે હવા કે પાણી જેવા માધ્યમની જરૂર પડે છે, તેથી તેમને યાંત્રિક તરંગો કહેવાય છે.

Exam Tip: યાંત્રિક તરંગોની વ્યાખ્યા અને ધ્વનિ તરંગો આ ગુણધર્મને કેવી રીતે સંતોષે છે તે સમજાવો.

Question 3. માની લો કે તમે તમારા મિત્ર સાથે ચંદ્ર પર ગયા છો. શું તમે તમારા મિત્ર દ્વારા ઉત્પન્ન કરવામાં આવેલ ધ્વનિ સાંભળી શકશો?
Answer: ના, હું મારા મિત્ર દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલો ધ્વનિ સાંભળી શકીશ નહીં.
ધ્વનિ તરંગોને આગળ વધવા માટે કોઈ માધ્યમ (જેમ કે હવા) જરૂરી છે. ચંદ્ર પર વાતાવરણ (માધ્યમ) નથી. તેથી, ચંદ્ર પર શૂન્યાવકાશ હોવાથી ધ્વનિ તરંગો આગળ વધી શકતા નથી.
In simple words: ચંદ્ર પર વાતાવરણ નથી, એટલે કે હવા નથી. ધ્વનિને પ્રસરવા માટે માધ્યમની જરૂર પડે છે, તેથી ચંદ્ર પર આપણે આપણા મિત્રનો અવાજ સાંભળી શકશું નહીં.

Exam Tip: ધ્વનિના પ્રસરણ માટે માધ્યમની અનિવાર્યતા અને ચંદ્ર પર વાતાવરણની ગેરહાજરીના કારણને સ્પષ્ટ કરો.

Intext પ્રશ્નોત્તર [પા.પુ. પાના નં. 166]

Question 1. તરંગનો કયો ગુણધર્મ નીચે દર્શાવેલ બાબતો નક્કી કરે છે?
(a) પ્રબળતા
(b) પિચ
Answer: તરંગના કંપવિસ્તાર અને આવૃત્તિ તેના જુદા જુદા ગુણધર્મો નક્કી કરે છે:
(a) પ્રબળતા
**આન્સર:** ધ્વનિ તરંગનો કંપવિસ્તાર તેની પ્રબળતા નક્કી કરે છે.
(b) પિચ
**આન્સર:** ધ્વનિ તરંગની આવૃત્તિ તેની પિચ નક્કી કરે છે.
In simple words: ધ્વનિનો કંપવિસ્તાર તેની પ્રબળતા (લ oud નસ) નક્કી કરે છે, જ્યારે તેની આવૃત્તિ તેની પિચ (તીક્ષ્ણતા) નક્કી કરે છે.

Exam Tip: પ્રબળતા અને પિચ વચ્ચેનો તફાવત યાદ રાખો અને તેમને ધ્વનિતરંગના કંપવિસ્તાર અને આવૃત્તિ સાથે જોડો.

Question 2. અનુમાન લગાવો કે નીચેનામાંથી કયા ધ્વનિની પિચ વધારે છે?
(a) ગિટાર
(b) કારનું હૉર્ન
Answer: નીચેનામાંથી ગિટારના ધ્વનિની પિચ વધુ છે.
(a) ગિટાર
**આન્સર:** ગિટાર દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ધ્વનિની આવૃત્તિ, કારના હોર્ન દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ધ્વનિની આવૃત્તિ કરતાં વધુ હોય છે. તેથી, ગિટારના ધ્વનિની પિચ, કારના હોર્નના ધ્વનિની પિચ કરતાં વધુ હોય છે.
In simple words: ગિટારનો અવાજ કારના હોર્ન કરતાં વધુ તીક્ષ્ણ (ઉંચી પિચવાળો) હોય છે, કારણ કે ગિટાર વધુ આવૃત્તિના તરંગો ઉત્પન્ન કરે છે.

Exam Tip: પિચ અને આવૃત્તિ વચ્ચેના સંબંધને યાદ રાખો; ઊંચી આવૃત્તિ એટલે ઊંચી પિચ.

Intext પ્રશ્નોત્તર [પા.પુ. પાના નં. 167]

Question 1. ધ્વનિતરંગ માટે તરંગલંબાઈ, આવૃત્તિ, આવર્તકાળ અને કંપવિસ્તાર એટલે શું?
Answer:
તરંગલંબાઈ \( (\lambda) \): સંગત તરંગમાં, બે નજીકના સંઘનનો (C) અથવા બે નજીકના વિઘનનો (R) વચ્ચેના અંતરને તરંગની તરંગલંબાઈ કહેવાય છે.
આવૃત્તિ \( (v) \): માધ્યમમાં કોઈ એક નિશ્ચિત બિંદુ પાસેથી એકમ સમયમાં પસાર થતા સંઘનનો અથવા વિઘનનોની સંખ્યાને ધ્વનિ તરંગની આવૃત્તિ કહે છે.
આવર્તકાળ \( (T) \): માધ્યમમાં કોઈ એક નિશ્ચિત બિંદુ પાસેથી બે નજીકના સંઘનનો અથવા વિઘનનોને પસાર થવા માટે લાગતા સમયને ધ્વનિ તરંગનો આવર્તકાળ કહે છે.
કંપવિસ્તાર \( (A) \): તરંગ-પ્રસરણની ઘટના દરમિયાન, માધ્યમના કણોનું તેના મૂળ મધ્યમાન સ્થાનથી કોઈ એક તરફનું સૌથી વધુ સ્થાનાંતર, તરંગનો કંપવિસ્તાર કહેવાય છે.
In simple words: તરંગલંબાઈ એ બે સરખા ભાગો વચ્ચેનું અંતર છે. આવૃત્તિ એટલે એક સેકન્ડમાં કેટલા તરંગો પસાર થાય. આવર્તકાળ એટલે એક તરંગને પસાર થતા લાગતો સમય. કંપવિસ્તાર એટલે કણ કેટલો દૂર ખસે છે.

Exam Tip: આ દરેક વ્યાખ્યાઓને સ્પષ્ટપણે યાદ રાખો અને તેમના એકમો તથા પ્રતીકો પણ ધ્યાનપૂર્વક લખો.

Question 2. કોઈ ધ્વનિતરંગની તરંગલંબાઈ તથા આવૃત્તિ તેના વેગ સાથે કેવો સંબંધ ધરાવે છે?
Answer: ધ્વનિ તરંગની તરંગલંબાઈ \( \lambda \), આવૃત્તિ \( \nu \) અને તરંગના વેગ વચ્ચેનો સંબંધ \( u = \nu \lambda \) છે. વેગ = આવૃત્તિ \( \times \) તરંગલંબાઈ.
In simple words: ધ્વનિની તરંગલંબાઈ, આવૃત્તિ અને વેગ વચ્ચે એક ચોક્કસ સંબંધ છે, જેને સૂત્ર \( u = \nu \lambda \) દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે.

Exam Tip: યાદ રાખો કે તરંગનો વેગ હંમેશા તેની આવૃત્તિ અને તરંગલંબાઈના ગુણાકાર જેટલો હોય છે; આ સંબંધ બધા પ્રકારના તરંગો માટે લાગુ પડે છે.

Question 3. આપેલ માધ્યમમાં એક ધ્વનિતરંગની આવૃત્તિ 220 Hz અને ઝડપ 440 m s-1 છે. આ તરંગની તરંગલંબાઈ ગણો.
Answer: ઉકેલ: અહીં, આવૃત્તિ \( \nu = 220 \, \text{Hz} \); ઝડપ \( u = 440 \, \text{m s}^{-1} \); તરંગલંબાઈ \( \lambda = ? \) \( u = \nu \lambda \)
\( \implies \lambda = \frac{u}{\nu} \)
\( \implies \lambda = \frac{440 \, \text{m s}^{-1}}{220 \, \text{Hz}} = 2 \, \text{m} \)
In simple words: આપેલી આવૃત્તિ અને ઝડપનો ઉપયોગ કરીને, આપણે ધ્વનિતરંગની તરંગલંબાઈ 2 મીટર જેટલી મેળવી શકીએ છીએ.

Exam Tip: આ પ્રકારના દાખલામાં, એકમો યોગ્ય રીતે રૂપાંતરિત થયા છે તેની ખાતરી કરો અને તરંગના મૂળભૂત સૂત્ર \( u = \nu \lambda \) નો ઉપયોગ કરો.

Question 4. કોઈ ધ્વનિ-સ્ત્રોતથી 450 m દૂર બેઠેલ કોઈ વ્યક્તિ 500 Hzનો ટોન સાંભળે છે. સ્ત્રોતથી વ્યક્તિ સુધી પહોંચવાવાળા બે ક્રમિક સંઘનન વચ્ચેનો સમયગાળો કેટલો હશે?
Answer: ઉકેલ: અહીં, આવૃત્તિ \( \nu = 500 \, \text{Hz} \); આવર્તકાળ \( T = ? \) હવે, બે ક્રમિક સંઘનન વચ્ચેનો સમયગાળો એ તરંગનો આવર્તકાળ છે.
\( \implies T = \frac{1}{\nu} \)
\( \implies T = \frac{1}{500} \)
\( \implies T = 0.002 \, \text{s} \)
\( \implies T = 2 \times 10^{-3} \, \text{s} \)
In simple words: ધ્વનિની આવૃત્તિ પરથી, બે ક્રમિક દબાણવાળા ભાગો વચ્ચેનો સમયગાળો 0.002 સેકન્ડ જેટલો થાય છે.

Exam Tip: બે ક્રમિક સંઘનન અથવા વિઘનન વચ્ચેનો સમયગાળો એ તરંગનો આવર્તકાળ છે, અને તે આવૃત્તિનો વ્યસ્ત હોય છે.

Question 1. ચોક્કસ તાપમાને હવા, પાણી, લોખંડ પૈકી કયા માધ્યમમાં ધ્વનિ સૌથી વધારે ઝડપથી ગતિ કરશે?
Answer: ધ્વનિ તરંગોની ઝડપ પ્રવાહી અને વાયુની સરખામણીમાં ઘન પદાર્થોમાં વધુ હોય છે. પરિણામે, લોખંડમાં ધ્વનિ તરંગોની ઝડપ સૌથી વધુ જોવા મળશે.
In simple words: ધ્વનિ ઘન પદાર્થોમાં સૌથી ઝડપથી મુસાફરી કરે છે, તેથી તે લોખંડમાં સૌથી વધુ ઝડપી હશે.

Exam Tip: યાદ રાખો કે ધ્વનિની ઝડપ માધ્યમની ઘનતા અને સ્થિતિસ્થાપકતા પર આધાર રાખે છે. ઘન પદાર્થોમાં કણો વધુ નજીક હોવાથી ધ્વનિ ઝડપથી પ્રસરણ પામે છે.

Question 1. ધ્વનિની પ્રબળતા તથા ધ્વનિની તીવ્રતા વચ્ચેનો તફાવત જણાવો.
Answer:

Exam Tip: પ્રબળતા એ ધ્વનિનો ગુણધર્મ છે જે કાનની સંવેદનશીલતા સાથે સંબંધિત છે, જ્યારે તીવ્રતા એ ધ્વનિ ઊર્જાનું માપ છે અને તે કાનની સંવેદનશીલતા પર આધારિત નથી.

Question 1. કોઈ પડધો 3s સમય પછી સંભળાય છે. જો ધ્વનિનો વેગ 342 ms-1 હોય, તો સ્ત્રોત અને પરાવર્તક સપાટી વચ્ચેનું અંતર કેટલું હશે?
Answer: ઉકેલ: અહીં, ધ્વનિનો વેગ \( v = 342 \, \text{m s}^{-1} \); સમય \( t = 3 \, \text{s} \) છે. સ્ત્રોત અને પરાવર્તક સપાટી વચ્ચેનું અંતર \( d = ? \) શોધવાનું છે. પડઘો સંભળાય ત્યારે ધ્વનિ દ્વારા કુલ કાપેલું અંતર, વેગ ગુણ્યા સમય જેટલું થાય છે. \( 2d = v \times t \)
\( \implies d = \frac{v \times t}{2} \)
\( \implies d = \frac{342 \times 3}{2} \)
\( \implies d = 513 \, \text{m} \)
In simple words: ધ્વનિના વેગ અને પડઘો સંભળાવામાં લાગતા સમયનો ઉપયોગ કરીને, આપણે સ્ત્રોત અને સપાટી વચ્ચેનું અંતર 513 મીટર શોધી શકીએ છીએ.

Exam Tip: પડઘાના દાખલામાં, ધ્વનિને સ્ત્રોતથી સપાટી સુધી જઈને પાછા ફરવા માટે અંતર બે વાર કાપવું પડે છે, તેથી કુલ અંતર \( 2d \) લેવામાં આવે છે.

Question 1. કૉન્સર્ટ હૉલની છતો વક્રાકાર કેમ હોય છે?
Answer: કૉન્સર્ટ હૉલની છતને વક્રાકાર બનાવવાથી બિનજરૂરી પડઘા ઘટાડી શકાય છે. છત પરથી ધ્વનિનું પરાવર્તન થયા પછી, તે હૉલના દરેક ભાગ સુધી પહોંચી શકે છે. આનાથી શ્રોતાઓ સ્પષ્ટપણે ધ્વનિ સાંભળી શકે છે.
In simple words: કૉન્સર્ટ હૉલની છતને ગોળાકાર બનાવવામાં આવે છે જેથી ધ્વનિ સારી રીતે ફેલાય અને બધા શ્રોતાઓને સ્પષ્ટપણે સંભળાય.

Exam Tip: વક્રાકાર છતો ધ્વનિને હૉલના દરેક ખૂણામાં પહોંચાડીને અનુરણન અટકાવવામાં મદદ કરે છે, જેથી ધ્વનિની ગુણવત્તા સુધરે છે.

Question 1. સામાન્ય મનુષ્ય માટે ધ્વનિ શ્રાવ્યતાનો વિસ્તાર કેટલો હોય છે?
Answer: સામાન્ય માણસ માટે ધ્વનિ સાંભળવાની મર્યાદા 20 Hz થી 20,000 Hz સુધીની હોય છે.
In simple words: સામાન્ય માણસો 20 Hz થી 20,000 Hz ની આવૃત્તિવાળા અવાજને સાંભળી શકે છે.

Exam Tip: આ આવૃત્તિ મર્યાદા 'શ્રાવ્ય' શ્રેણી તરીકે ઓળખાય છે. આનાથી ઓછી આવૃત્તિને 'અવશ્રાવ્ય' અને વધુ આવૃત્તિને 'પરાશ્રાવ્ય' કહેવાય છે.

Question 2. નીચેનાની ધ્વનિ આવૃત્તિનો વિસ્તાર કેટલો હોય છે?
(a) અવશ્રાવ્ય ધ્વનિ
(b) પરાશ્રાવ્ય ધ્વનિ
Answer:
(a) અવશ્રાવ્ય ધ્વનિ: 20 Hz થી ઓછી આવૃત્તિ ધરાવે છે.
(b) પરાશ્રાવ્ય ધ્વનિ: 20,000 Hz થી વધુ આવૃત્તિ ધરાવે છે.
In simple words: અવશ્રાવ્ય ધ્વનિ 20 Hz થી ઓછી હોય છે અને પરાશ્રાવ્ય ધ્વનિ 20,000 Hz થી વધુ હોય છે.

Exam Tip: આ આવૃત્તિઓની મર્યાદાઓ યાદ રાખવી અગત્યની છે, કારણ કે વિવિધ પ્રાણીઓ અલગ-અલગ આવૃત્તિ શ્રેણી સાંભળી શકે છે.

Question 1. એક સબમરીન સોનાર સ્પંદ ઉત્પન્ન કરે છે. જો પાણીની અંદર રહેલ ખડક સાથે અથડાઈને 1.02 s બાદ પરાવર્તિત થતા હોય તથા ખારા પાણીમાં ધ્વનિની ઝડપ 1531 ms-1 હોય, તો ખડકનું અંતર શોધો.
Answer: ઉકેલ: અહીં, સમય \( t = 1.02 \, \text{s} \); ધ્વનિની ઝડપ \( v = 1531 \, \text{m s}^{-1} \). સબમરીન અને પાણીની અંદર રહેલા ખડક વચ્ચેનું અંતર \( d = ? \) હવે, સોનાર સ્પંદ વડે કપાયેલું કુલ અંતર = ધ્વનિની ઝડપ \( \times \) સમય \( 2d = v \times t \)
\( \implies d = \frac{v \times t}{2} \)
\( \implies d = \frac{1531 \times 1.02}{2} \)
\( \implies d = 780.81 \, \text{m} \)
In simple words: સોનાર સિગ્નલને ખડક સુધી પહોંચવા અને પાછા ફરવા લાગતો સમય અને પાણીમાં ધ્વનિની ઝડપનો ઉપયોગ કરીને, આપણે ખડકનું અંતર 780.81 મીટર શોધી શકીએ છીએ.

Exam Tip: સોનાર ગણતરીમાં, યાદ રાખો કે ધ્વનિ બે વાર અંતર કાપે છે (જવું અને પાછું આવવું), તેથી કુલ અંતર \( 2d \) થાય છે.

પ્રવૃત્તિ 12.1 [પા.પુ. પાના નં. 160]

એક ધ્વનિ-ચીપિયો લઈ તેને રબરના પૅડ પર અથડાવી કંપન કરાવો. તેને તમારા કાનની નજીક લાવો. શું તમે કોઈ ધ્વનિ સાંભળી શકો છો? કંપિત ધ્વનિ-ચીપિયાની એક ભુજાને તમારી આંગળી વડે સ્પર્શ કરો અને તમને થતો અનુભવ જાણો. હવે એક આધાર પરથી ટેબલ ટેનિસ બૉલ કે નાના પ્લાસ્ટિકના બૉલને દોરી વડે લટકાવો. (એક મોટી સોય અને દોરી લો. દોરાના એક છેડે ગાંઠ મારો અને સોયની મદદથી બૉલને દોરીમાં પરોવો.) કંપિત ધ્વનિ-ચીપિયાને હળવેથી બૉલના સંપર્કમાં લાવો. (આકૃતિ 12.1) અવલોકન કરો કે શું થાય છે અને તેની ચર્ચા તમારા મિત્રો સાથે કરો.

**અવલોકનો:** હા, આપણે ધ્વનિ સાંભળી શકીએ છીએ. જ્યારે ધ્વનિ-ચીપિયાને (સ્વરકાંટાને) રબરના પેડ (નાની ગાદલી) વડે અથડાવવામાં આવે છે, ત્યારે તેની ભુજાઓ કંપન કરે છે. આનાથી ધ્વનિ ઉત્પન્ન થાય છે. જ્યારે કંપન કરતા ધ્વનિ-ચીપિયાની એક ભુજાને આપણે આંગળીથી અડકીએ છીએ, ત્યારે આપણને ઝણઝણાટીનો અનુભવ થાય છે. આ દર્શાવે છે કે આપણે ધ્વનિ-ઉત્પાદકના કંપનનો અહેસાસ કરી શકીએ છીએ. જ્યારે કંપન કરતા ધ્વનિ-ચીપિયાની એક ભુજાને ધીમેથી (આકૃતિ 12.1 માં બતાવ્યા મુજબ) ટેબલ ટેનિસ બૉલના સંપર્કમાં લાવીએ છીએ, ત્યારે બૉલમાં કંપન થાય છે અને આપણે ધ્વનિ ઉત્પન્ન કરનારના કંપનને જોઈ શકીએ છીએ. **નિષ્કર્ષ:** વસ્તુને અથડાવીને કંપન કરાવાય છે, ત્યારે ધ્વનિ ઉત્પન્ન થાય છે.
In simple words: ધ્વનિ-ચીપિયો અથડાવવાથી ધ્વનિ ઉત્પન્ન થાય છે, આપણે તેને સાંભળી અને સ્પર્શ દ્વારા કંપન અનુભવી શકીએ છીએ, તેમજ તે ટેબલ ટેનિસ બૉલને કંપન કરાવે ત્યારે જોઈ પણ શકીએ છીએ.

Exam Tip: આ પ્રવૃત્તિ દર્શાવે છે કે ધ્વનિ કંપન દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે અને તેને વિવિધ માધ્યમો (હવા, આંગળી, બૉલ) દ્વારા અનુભવી શકાય છે.

પ્રવૃત્તિ 12.2 [પા.પુ. પાના નં. 160]

એક બીકર અથવા ગ્લાસમાં ઉપરની કિનારી સુધી પાણી ભરો. કંપિત ધ્વનિ-ચીપિયાની એક ભુજાને આકૃતિ 12.2માં દર્શાવ્યા અનુસાર પાણીની સપાટી સાથે સ્પર્શ કરાવો. હવે, આકૃતિ 12.3માં દર્શાવ્યા અનુસાર કંપિત ધ્વનિ-ચીપિયાની બંને ભુજાઓને પાણીમાં ડુબાડો. બંને અવલોકન કરો અને ચર્ચા કરો કે આવું કેમ થાય છે?

**અવલોકનો:** જ્યારે ધ્વનિચીપિયાની એક ભુજાને આકૃતિ 12.2 માં બતાવ્યા મુજબ પાણીની સપાટીના સંપર્કમાં લાવીએ છીએ, ત્યારે સપાટી પરનું પાણી કંપન કરે છે અને ભુજા જ્યાં અડકે છે ત્યાં જલતરંગો બને છે, જે આખી પાણીની સપાટી પર ફેલાય છે. જ્યારે આકૃતિ 12.3 માં બતાવ્યા મુજબ ધ્વનિ-ચીપિયાની બંને ભુજાઓને ડુબાડવામાં આવે છે, ત્યારે બંને ભુજાઓમાંથી ઉત્પન્ન થતા જલતરંગો એકબીજા સાથે ભળી જાય છે. આનાથી પાણીની ઉપરની સપાટી વધુ ઉછળે છે અને ગ્લાસમાંથી પાણી બહાર છલકાય છે. **નિષ્કર્ષ:** આમ, ધ્વનિ-ઉત્પાદક જ્યારે માધ્યમના સંપર્કમાં હોય છે, ત્યારે તે માધ્યમને કંપન કરાવે છે અને તેની યાંત્રિક ઊર્જા પાણીની ગતિ-ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે.
In simple words: ધ્વનિ-ચીપિયાને પાણીની સપાટી પર અડકાવવાથી પાણી કંપે છે અને તરંગો ઉત્પન્ન થાય છે. જ્યારે બંને ભુજાઓને ડુબાડવામાં આવે છે, ત્યારે પાણી વધુ ઉછળે છે અને છલકાય છે, કારણ કે ધ્વનિની ઊર્જા પાણીમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે.

Exam Tip: આ પ્રવૃત્તિ દર્શાવે છે કે ધ્વનિ તરંગો પાણી જેવા માધ્યમમાં ઊર્જાનું વહન કરી શકે છે અને કંપન ઉત્પન્ન કરી શકે છે.

પ્રવૃત્તિ 12.3 [પા.પુ. પાના નં. 161]

અલગ-અલગ વાદ્યોની યાદી બનાવો અને તમારા મિત્રો સાથે ચર્ચા કરો કે ધ્વનિ બનાવવા માટે આ વાદ્યોનો કયો ભાગ કંપન કરે છે.
In simple words: વિવિધ સંગીતનાં વાદ્યો અને ધ્વનિ ઉત્પન્ન કરવા માટે તેમના કંપન કરતા ભાગોની યાદી બનાવો અને ચર્ચા કરો.

Exam Tip: આ પ્રવૃત્તિ સંગીતનાં વાદ્યોના કાર્યકારી સિદ્ધાંતો અને ધ્વનિ ઉત્પન્ન કરવા માટે કંપન કરતા ભાગોને સમજવામાં મદદ કરે છે.

ચર્ચા-વિચારણા: સંગીતનાં વાદ્યોના મુખ્ય ત્રણ પ્રકારો છે:

Exam Tip: સંગીતનાં વાદ્યોના આ ત્રણ મૂળભૂત પ્રકારો ધ્વનિ ઉત્પન્ન કરવા માટે કંપનના વિવિધ ભૌતિક સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરે છે, જે તેમની અનન્ય ધ્વનિ ગુણવત્તામાં ફાળો આપે છે.

પ્રવૃત્તિ 12.4 [પા.પુ. પાના નં. 163]

એક લાંબી સ્પ્રિંગ (ક્લિંકી) લો. તેનો એક છેડો તમારા મિત્રને પકડવા કહો અને બીજો છેડો તમે પકડો. હવે આ લાંબી સ્પ્રિંગને આકૃતિ 12.7 (a) માં બતાવ્યા મુજબ ખેંચો. હવે તેને તમારી તરફ અચાનક ધક્કો આપો. તમે શું અવલોકન કરો છો? જો તમે તમારા હાથ વડે ક્લિંકીને સતત આગળ-પાછળ ધક્કો મારતા અને ખેંચતા રહો, તો તમે શું જોશો? જો તમે ક્લિંકી પર એક નિશાન કરો છો, તો તમે જોશો કે નિશાન કરેલો ભાગ વિક્ષોભના પ્રસરણની દિશાને સમાંતર આગળ-પાછળ ગતિ કરે છે.

**અવલોકનો:** જ્યારે ડાબી બાજુથી ક્લિંકીને માત્ર ખેંચવામાં આવે છે, ત્યારે તેના ક્રમિક આંટાઓ વચ્ચેનું અંતર વધે છે, જે વિઘનનની સ્થિતિ દર્શાવે છે. અને જ્યારે ડાબી બાજુથી ક્લિંકીને માત્ર ધક્કો મારવામાં આવે છે, એટલે કે દબાવવામાં આવે છે, ત્યારે તેના ક્રમિક આંટાઓ વચ્ચેનું અંતર ઘટે છે, જે સંઘનનની સ્થિતિ બતાવે છે. જો આપણે ક્લિંકીને સતત આગળ-પાછળ એક પછી એક ખેંચતા અને ધક્કો મારતા રહીએ, તો આખી ક્લિંકીમાં વિઘનન અને સંઘનન ઉત્પન્ન થયા કરે છે, જે વારાફરતી ક્લિંકીમાં ગતિ કરે છે. ક્લિંકીમાં ઉત્પન્ન થતો અને ગતિ કરતો આ પ્રકારનો વિક્ષોભ, જે સંઘનન અને વિઘનનની શ્રેણી બનાવે છે, તેને સંગત તરંગ કહે છે. આકૃતિ 12.7 (b) માં ક્લિંકી પર બતાવેલું ચિહ્ન વિક્ષોભના પ્રસરણની દિશાને સમાંતર આગળ-પાછળ ગતિ કર્યા કરે છે. **નિષ્કર્ષ:** ક્લિંકીમાં ગતિ કરતો વિક્ષોભ એ સંગત તરંગ છે, જે સંઘનન અને વિઘનનની શ્રેણી સ્વરૂપે વિક્ષોભના પ્રસરણની દિશાને સમાંતર ગતિ કરે છે. માધ્યમના કણો (અહીં ક્લિંકીના આંટાઓ) સંગત તરંગની પ્રસરણ દિશાને સમાંતર કંપન કરે છે. ધ્વનિતરંગો પણ આ જ રીતે પ્રસરણ પામે છે. તેથી ધ્વનિતરંગો સંગત તરંગો છે.
In simple words: ક્લિંકીને ખેંચવાથી વિઘનન અને દબાવવાથી સંઘનન બને છે. સતત આગળ-પાછળ કરવાથી આખા ક્લિંકીમાં સંઘનન-વિઘનન તરંગો ઉત્પન્ન થાય છે, જ્યાં કણો તરંગ પ્રસરણની દિશામાં આગળ-પાછળ ગતિ કરે છે.

Exam Tip: આ પ્રવૃત્તિ સ્પષ્ટપણે દર્શાવે છે કે સંગત તરંગોમાં, માધ્યમના કણો તરંગના પ્રસરણની દિશાને સમાંતર કંપન કરે છે, જે ધ્વનિ તરંગો માટે પણ સાચું છે.

પ્રવૃત્તિ 12.5 [પા.પુ. પાના નં. 167]

આકૃતિ 12.13 માં બતાવ્યા મુજબ બે સરખા પાઇપ લો. તમે ચાર્ટ પેપરનો ઉપયોગ કરીને આવા પાઇપ બનાવી શકો છો. પાઇપોની લંબાઈ પૂરતી હોવી જોઈએ (ચાર્ટ પેપરની લંબાઈ જેટલી). તેમને દીવાલની નજીક ટેબલ પર યોગ્ય રીતે ગોઠવો. એક પાઇપના ખુલ્લા છેડા પાસે ઘડિયાળ મૂકો, જ્યારે બીજા પાઇપ પાસે આ ઘડિયાળનો ધ્વનિ સાંભળવાનો પ્રયત્ન કરો. બંને પાઇપોની સ્થિતિ એવી રીતે ગોઠવો કે જેથી તમને ઘડિયાળનો અવાજ સ્પષ્ટ રીતે સંભળાય.

જમણી બાજુની પાઇપને ઊભી દિશામાં થોડી ઊંચી કરો અને જુઓ શું થાય છે?

**અવલોકન:** જમણી બાજુની પાઇપમાં ઘડિયાળનો સંભળાતો ટિક-ટિક અવાજ ધ્વનિના પરાવર્તનને કારણે છે. પાઇપની જે સ્થિતિમાં અવાજ સ્પષ્ટ સંભળાય છે, તે સ્થિતિમાં ધ્વનિનો આપાતકોણ \( i \) અને પરાવર્તનકોણ \( r \) સમાન હોય છે. એટલે કે \( i = r \), જે ધ્વનિના પરાવર્તનનો પહેલો નિયમ છે. હવે, જો જમણી બાજુની પાઇપને ઊભી દિશામાં થોડી ઊંચી કરીએ, તો ધ્વનિ સંભળાતો બંધ થઈ જાય છે. કારણ કે હવે આપાત ધ્વનિ, લંબ ON અને પરાવર્તિત ધ્વનિ એક જ સમતલમાં રહેતા નથી. જ્યારે આપાત ધ્વનિ, લંબ ON અને પરાવર્તિત ધ્વનિ એક જ સમતલમાં હોય, ત્યારે જ જમણી બાજુની પાઇપમાંથી ધ્વનિ સંભળાય છે, જે ધ્વનિના પરાવર્તનનો બીજો નિયમ છે. **નિષ્કર્ષ:** પ્રકાશની જેમ જ, ધ્વનિનું પણ પરાવર્તન થઈ શકે છે અને ધ્વનિના કિસ્સામાં પણ પ્રકાશના પરાવર્તનના નિયમો લાગુ પડે છે.
In simple words: આ પ્રયોગ દર્શાવે છે કે ધ્વનિ પ્રકાશની જેમ પરાવર્તિત થાય છે, જેમાં આપાતકોણ અને પરાવર્તનકોણ સમાન હોય છે અને આપાત ધ્વનિ, પરાવર્તિત ધ્વનિ અને લંબ એક જ સમતલમાં હોય છે.

Exam Tip: ધ્વનિના પરાવર્તનના નિયમો પ્રકાશના પરાવર્તનના નિયમો જેવા જ છે: આપાતકોણ અને પરાવર્તનકોણ સમાન હોય છે, અને આપાત કિરણ, પરાવર્તિત કિરણ અને સપાટી પરનો લંબ એક જ સમતલમાં હોય છે.