পদার্থবিজ্ঞান অধ্যয়ন নির্দেশিকা/শব্দ

শব্দ হলো এক ধরনের তরঙ্গ, যা কোনো বস্তুর বা পরিবাহকের কণাগুলোর কম্পনের ফলে সৃষ্টি হয়। এই তরঙ্গ পরিবাহকের কণাগুলোর মধ্যে চাপের পরিবর্তন ঘটিয়ে সংকোচন ও সম্প্রসারণের মাধ্যমে অগ্রসর হয়। শব্দ একটি প্রাকৃতিক ঘটনা, যা পরিবাহী মাধ্যমের কণাগুলোর মধ্যে শক্তির আদান-প্রদান ঘটায় এবং তা যদি মানব শ্রবণসীমার মধ্যে থাকে, তবে আমরা তা কানে শুনতে পাই।

ভূমিকা

যখন দুটি কাঁচের গ্লাস একে অপরের সঙ্গে ধাক্কা খায়, তখন শব্দ উৎপন্ন হয়। আবার, গিটারের তারে টান দিলে সেখানেও শব্দ সৃষ্টি হয়।

বিভিন্ন উৎস থেকে বিভিন্ন শব্দ উৎপন্ন হয়। সাধারণভাবে বলা যায়, দুটি বস্তু পরস্পরের সঙ্গে সংঘর্ষ করলেই শব্দ উৎপন্ন হতে পারে।

শব্দ বাতাস, জল বা অন্য কোনো মাধ্যম দিয়ে চলতে পারে, কিন্তু সম্পূর্ণ শূন্যস্থানে শব্দ চলতে পারে না। এটি একটি অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গ, যা তার গতিপথ বরাবর কণাগুলোর কম্পনের মাধ্যমে বিস্তার লাভ করে। শব্দের গতি পরিবাহকের তাপমাত্রা ও ঘনত্বের উপর নির্ভর করে; যেমন—বাতাসে একরকম, পানিতে আরেকরকম। এই কারণে শব্দকে বলা যায়, এটি এক ধরনের যান্ত্রিক কম্পন যা কোনো মাধ্যমের মধ্য দিয়ে বিস্তার লাভ করে।

শব্দ

$decibel(\mathrm {dB} )=10\cdot \log \left({\frac {I_{1}}{I_{0}}}\right)$

চিত্র ১: সমান উচ্চতার রেখাচিত্র, যেখানে বিভিন্ন ধ্বনি রূপ দেখানো হয়েছে।

শব্দচাপের পরিমাণকে বলা হয় তীব্রতা, এবং এটি প্যাস্কল এককে মাপা যায়। তবে সাধারণত শব্দের মাত্রা বোঝাতে "ডেসিবেল" (dB) ব্যবহৃত হয়। শব্দতীব্রতা হলো প্রতি সেকেন্ডে একটি নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতলে পৌঁছানো শব্দশক্তির পরিমাণ, যার একক ওয়াট প্রতি বর্গমিটার (W/m²)। সাধারণ শব্দতীব্রতা ধরা হয় 10^-12 W/m² — যা মানুষের কানে শোনা যায় এমন সর্বনিম্ন শব্দ। শব্দ উচ্চতা হলো শব্দের এমন এক পরিবর্তন, যা মানুষ কীভাবে তা অনুভব করে তার উপর নির্ভর করে, এবং একে dB(A) এককে প্রকাশ করা হয়।

ডেসিবেল

ডেসিবেল শব্দের সরাসরি একক নয়, বরং এটি শব্দচাপ বা শব্দশক্তির আপেক্ষিক পরিমাপ বোঝাতে ব্যবহৃত হয়। এটি একটি অনুপাত হিসেবে প্রকাশিত হয়:

$10\cdot \log _{10}\left({\frac {x}{x_{0}}}\right)$

এখানে x হলো শব্দশক্তি বা শব্দচাপের পরিমাণ। উদাহরণ: একটি নতুন গাড়ি একটি পুরনো গাড়ির তুলনায় ৩ ডেসিবেল কম শব্দ করে — অর্থাৎ, গাড়িটি তুলনামূলকভাবে শান্ত।

$I_{0}=10^{-12}{\mbox{ W}}/{\mbox{m}}^{2}$

শব্দের পরিভাষা

তীব্রতা (I): প্রতি সেকেন্ডে এক বর্গমিটারে পৌঁছানো শব্দশক্তি। একক: ওয়াট প্রতি বর্গমিটার (W/m²)

সর্বনিম্ন শ্রবণযোগ্য শব্দ: I = 0 dB = 10-12 W/m² ব্যথার স্তর: I = 120 dB = 10 W/m²

উদাহরণ সমীকরণ: শব্দতীব্রতার পার্থক্য
Δβ = β₂ - β₁ = 10 log(I₂/I₁)

ডপলার প্রভাব

$f'=f\,{\frac {v\pm v_{0}}{v\mp v_{s}}}$

এখানে:

• f' = পর্যবেক্ষিত কম্পাঙ্ক
• f = মূল কম্পাঙ্ক
• v = শব্দের গতি (সাধারণত 336 + 0.6 × তাপমাত্রা, T)
• v₀ = শ্রোতার গতি
• vₛ = উৎসের গতি

যদি শ্রোতা উৎসের দিকে এগোয়, তাহলে উপরের ভাগে (+) চিহ্ন ব্যবহার করতে হবে, আর উৎস যদি শ্রোতার দিকে এগোয়, তাহলে নিচের ভাগে (−) চিহ্ন ব্যবহৃত হবে।

উদাহরণ

ক) একটি অ্যাম্বুলেন্স ৪০০ Hz কম্পাঙ্ক সৃষ্টি করছে এবং ৩০ মিটার/সেকেন্ড বেগে স্থির শ্রোতার দিকে এগোচ্ছে। শব্দের গতি ৩৩৯ মিটার/সেকেন্ড: $f'=400\left({\frac {339}{339-30}}\right)$

খ) একটি ট্যাংক ১০ মিটার/সেকেন্ড গতিতে একটি ধীরগতির গাড়িকে অনুসরণ করছে, যা ৩০ Hz কম্পাঙ্ক সৃষ্টি করছে। শব্দের গতি ৩৪২ মিটার/সেকেন্ড: $f'=30\left({\frac {342+10}{342+5}}\right)$