TNPSC Daily Notes: Sound & Acoustics (Physics) | ஒலி மற்றும் ஒலியியல் — 12 August 2026

What is sound? Sound is a form of energy produced by a vibrating body. When an object vibrates, it pushes and pulls the particles of the surrounding medium, creating alternate regions of compression (high pressure) and rarefaction (low pressure). Because the particles vibrate along the same direction in which the wave travels, sound is classified as a longitudinal mechanical wave. This also explains a favourite TNPSC one-liner: sound cannot propagate through a vacuum, which is why astronauts on the Moon must use radio to speak to one another.

Characteristics of a sound wave. Four quantities describe any sound wave. Frequency (f), measured in hertz (Hz), is the number of complete vibrations per second and determines the pitch — a shrill whistle has high frequency, a drum has low frequency. Amplitude is the maximum displacement of a particle from its mean position and determines loudness. Wavelength is the distance between two consecutive compressions. Time period (T) is the reciprocal of frequency. These are linked by the fundamental wave equation v = f × λ. A fifth property, quality or timbre, is decided by the waveform and is why a violin and a flute playing the same note still sound different.

Range of hearing. The human ear responds to frequencies between 20 Hz and 20,000 Hz, called the audible range. Frequencies below 20 Hz are infrasonic — produced by earthquakes, volcanic eruptions and large machinery, and detected by rhinoceroses, whales and elephants. Frequencies above 20 kHz are ultrasonic, used by bats, dolphins and porpoises. It is worth remembering that the upper limit falls with age, which is why older people often lose the ability to hear high-pitched sounds first.

Speed of sound. Sound travels fastest where particles are packed most closely, because energy is handed on more efficiently. Hence the order is solids > liquids > gases. At room temperature the approximate values are 343 m/s in air, about 1,480 m/s in water and roughly 5,120 m/s in steel — a ratio of nearly 1 : 4 : 15. Speed in air depends on temperature and humidity but not on pressure, since density and pressure change together. The standard correction used in exams is that the speed rises by about 0.61 m/s for each 1°C rise in temperature above 331 m/s at 0°C. Sound also travels slightly faster in humid air than in dry air, because water vapour is lighter than air.

Reflection: echo and reverberation. Like light, sound obeys the laws of reflection. A reflected sound heard as a separate repetition is an echo. Because the sensation of sound persists in the brain for about 0.1 second, the reflected sound must arrive at least 0.1 s later to be distinguished. In that time sound covers 343 × 0.1 = 34.4 m, and since the path is to the obstacle and back, the minimum distance to the reflector is 17.2 m. When the reflector is nearer, the reflections merge with the original sound and produce reverberation. Excessive reverberation makes a hall unusable for speech, so auditoriums are lined with curtains, carpets, perforated boards and upholstered seats that absorb sound.

Applications of ultrasound and SONAR. SONAR (Sound Navigation And Ranging) sends an ultrasonic pulse into water and times the returning echo. If the total time is t and the speed of sound in seawater is v, the depth is d = v × t / 2. SONAR is used to measure ocean depth, locate submarines, shipwrecks, icebergs and shoals of fish. The related instrument used specifically for depth sounding is the fathometer. In medicine, ultrasonography images the abdomen and the foetus, while echocardiography maps the heart. Ultrasound also breaks kidney stones (lithotripsy), cleans spiral tubes and jewellery, welds plastics and detects hidden cracks in metal castings — a technique called non-destructive testing.

Doppler effect and supersonic motion. When a source of sound and a listener move relative to each other, the observed frequency changes: the whistle of an approaching train sounds shriller, and drops in pitch as it passes. This is the Doppler effect, discovered by Christian Doppler in 1842, and it underpins radar speed guns, Doppler ultrasound of blood flow, and the astronomical redshift that shows the universe is expanding. The ratio of an object’s speed to the speed of sound is the Mach number; above Mach 1 the object is supersonic and generates a shock wave heard on the ground as a sonic boom.

ஒலி என்றால் என்ன? அதிர்வுறும் ஒரு பொருளால் உண்டாக்கப்படும் ஆற்றல் வடிவமே ஒலி. ஒரு பொருள் அதிரும்போது, அதைச் சுற்றியுள்ள ஊடகத்தின் துகள்களைத் தள்ளியும் இழுத்தும் அமுக்கம் (அதிக அழுத்தப் பகுதி), விரிவு (குறைந்த அழுத்தப் பகுதி) என மாறி மாறி உருவாக்குகிறது. அலை செல்லும் திசையிலேயே துகள்களும் அதிர்வதால் ஒலி நெட்டலை என வகைப்படுத்தப்படுகிறது. இதனாலேயே வெற்றிடத்தில் ஒலி பரவ முடியாது — நிலவில் விண்வெளி வீரர்கள் ஒருவரோடு ஒருவர் பேச வானொலி அலைகளையே நம்பியிருக்க வேண்டியுள்ளது. இது TNPSC தேர்வுகளில் மீண்டும் மீண்டும் கேட்கப்படும் ஒரு வரி வினா.

ஒலி அலையின் பண்புகள். ஒலி அலையை நான்கு அளவுகள் விவரிக்கின்றன. அதிர்வெண் — ஒரு வினாடியில் நிகழும் முழு அதிர்வுகளின் எண்ணிக்கை; அலகு ஹெர்ட்ஸ். இது சுருதியைத் தீர்மானிக்கிறது; விசில் ஒலிக்கு அதிக அதிர்வெண், மேளத்திற்குக் குறைந்த அதிர்வெண். வீச்சு என்பது சராசரி நிலையிலிருந்து துகள் விலகும் அதிகபட்ச தூரம்; இது ஒலியின் சத்தத்தைத் தீர்மானிக்கிறது. அலைநீளம் என்பது தொடர்ச்சியான இரு அமுக்கங்களுக்கு இடையிலான தூரம். அலைவு நேரம் என்பது அதிர்வெண்ணின் தலைகீழி. இவை அனைத்தையும் இணைக்கும் அடிப்படைச் சமன்பாடு v = f × λ. ஐந்தாவது பண்பான ஒலித்தன்மை அலை வடிவத்தைச் சார்ந்தது; ஒரே சுரத்தை வயலினும் புல்லாங்குழலும் இசைத்தாலும் வேறுபட்டுக் கேட்பதற்குக் காரணம் இதுவே.

செவிப்புலன் வரம்பு. மனித செவி 20 ஹெர்ட்ஸ் முதல் 20,000 ஹெர்ட்ஸ் வரையிலான அதிர்வெண்களை மட்டுமே உணர முடியும். இதுவே கேட்கும் வரம்பு. 20 ஹெர்ட்ஸுக்குக் கீழ் உள்ளவை கீழொலி — நிலநடுக்கம், எரிமலை வெடிப்பு, பெரிய இயந்திரங்கள் இவற்றால் உண்டாகின்றன; காண்டாமிருகம், திமிங்கிலம், யானை போன்றவை இவற்றை உணரும். 20 kHz-க்கு மேல் உள்ளவை மீயொலி; வௌவால், டால்பின் போன்றவை இவற்றைப் பயன்படுத்துகின்றன. வயது கூடக் கூட மேல் வரம்பு குறைவதால், முதியவர்களுக்கு உயர் சுருதி ஒலிகள் முதலில் கேட்காமல் போகின்றன.

ஒலியின் வேகம். துகள்கள் நெருக்கமாக அடுக்கப்பட்டுள்ள ஊடகத்தில் ஆற்றல் விரைவாகக் கடத்தப்படுவதால் ஒலி வேகமாகப் பயணிக்கிறது. எனவே வேக வரிசை திடப்பொருள் > திரவம் > வாயு. அறை வெப்பநிலையில் தோராயமான மதிப்புகள்: காற்றில் 343 மீ/வி, நீரில் ஏறத்தாழ 1,480 மீ/வி, எஃகில் ஏறத்தாழ 5,120 மீ/வி — அதாவது கிட்டத்தட்ட 1 : 4 : 15 என்ற விகிதம். காற்றில் ஒலியின் வேகம் வெப்பநிலை மற்றும் ஈரப்பதத்தைச் சார்ந்தது; ஆனால் அழுத்தத்தைச் சார்ந்தது அல்ல, ஏனெனில் அழுத்தமும் அடர்த்தியும் ஒருசேர மாறுகின்றன. தேர்வுகளுக்கான நிலையான விதி: 0°C-ல் 331 மீ/வி என்பதிலிருந்து, வெப்பநிலை 1°C உயரும் ஒவ்வொரு முறையும் வேகம் ஏறத்தாழ 0.61 மீ/வி அதிகரிக்கும். நீராவி காற்றை விட இலகுவானது என்பதால், ஈரப்பதமான காற்றில் ஒலி சற்று வேகமாகச் செல்லும்.

ஒலியின் தெறிப்பு: எதிரொலியும் தொடர் எதிரொலியும். ஒளியைப் போலவே ஒலியும் தெறிப்பு விதிகளுக்குக் கட்டுப்படுகிறது. தனித்துக் கேட்கும் தெறித்த ஒலியே எதிரொலி. ஒலியின் உணர்வு மூளையில் ஏறத்தாழ 0.1 வினாடி நீடிப்பதால், தெறித்த ஒலி குறைந்தது 0.1 வினாடி கழித்தே வந்தால்தான் தனியாகக் கேட்கும். அந்த நேரத்தில் ஒலி 343 × 0.1 = 34.4 மீட்டர் பயணிக்கும்; சென்று திரும்ப வேண்டும் என்பதால் தடையின் குறைந்தபட்ச தூரம் 17.2 மீட்டர். தடை அதற்கு நெருக்கமாக இருந்தால் தெறித்த ஒலி மூல ஒலியுடன் கலந்து தொடர் எதிரொலிப்பை உண்டாக்கும். அதிகப்படியான தொடர் எதிரொலிப்பு உரையாடலைக் கேட்க முடியாமல் செய்வதால், அரங்குகளில் திரைச்சீலைகள், தரைவிரிப்புகள், துளையிட்ட பலகைகள், மெத்தை இருக்கைகள் போன்ற ஒலி உறிஞ்சும் பொருள்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

மீயொலி மற்றும் SONAR பயன்பாடுகள். SONAR என்பது நீருக்குள் மீயொலித் துடிப்பை அனுப்பி, திரும்பி வரும் எதிரொலிக்கான நேரத்தை அளக்கிறது. மொத்த நேரம் t, கடல்நீரில் ஒலியின் வேகம் v எனில், ஆழம் d = v × t / 2. கடலின் ஆழத்தை அளக்க, நீர்மூழ்கிக் கப்பல்கள், மூழ்கிய கப்பல்கள், பனிப்பாறைகள், மீன் கூட்டங்கள் ஆகியவற்றைக் கண்டறிய SONAR பயன்படுகிறது. ஆழத்தை மட்டும் அளக்கும் கருவி ஃபேத்தோமீட்டர். மருத்துவத்தில் மீயொலி வயிற்றுப் பகுதியையும் கருவிலுள்ள சிசுவையும் படமெடுக்கப் பயன்படுகிறது; எக்கோகார்டியோகிராபி இதயத்தைப் பரிசோதிக்கிறது. சிறுநீரகக் கல்லை உடைத்தல், நகைகளையும் சுருள் குழாய்களையும் சுத்தம் செய்தல், நெகிழிப் பொருள்களைப் பற்றவைத்தல், உலோகங்களில் மறைந்துள்ள விரிசல்களைக் கண்டறிதல் ஆகியவற்றிலும் மீயொலி பயன்படுகிறது.

டாப்ளர் விளைவும் மீயொலி வேகமும். ஒலி மூலமும் கேட்பவரும் ஒருவரையொருவர் நோக்கி நகரும்போது கேட்கும் அதிர்வெண் மாறுகிறது; நெருங்கி வரும் ரயிலின் ஊதல் கூர்மையாகவும், கடந்து சென்றபின் தாழ்வாகவும் ஒலிக்கும். இதுவே டாப்ளர் விளைவு; 1842-ல் கிறிஸ்டியன் டாப்ளர் இதைக் கண்டறிந்தார். ரேடார் வேகக் கருவிகள், இரத்த ஓட்டத்தை அளக்கும் டாப்ளர் மீயொலி, பிரபஞ்சம் விரிவடைவதைக் காட்டும் செந்நிற நகர்வு ஆகியவை இதன் அடிப்படையிலேயே செயல்படுகின்றன. ஒரு பொருளின் வேகத்திற்கும் ஒலியின் வேகத்திற்கும் உள்ள விகிதம் மாக் எண்; மாக் 1-ஐத் தாண்டினால் அப்பொருள் மீயொலி வேகம் கொண்டதாகி, தரையில் சோனிக் பூம் எனும் அதிர்வொலியை உண்டாக்கும்.

1. “SLG — Solid, Liquid, Gas” — speed of sound falls in that order. Think of a queue: the tighter the crowd, the faster the message passes.
“திட–திரவ–வாயு” வரிசையில் ஒலியின் வேகம் குறையும். கூட்டம் நெருக்கமாக இருந்தால் செய்தி வேகமாகச் செல்லும் என நினைவில் கொள்ளுங்கள்.

2. “20 to 20K” — the audible range, 20 Hz to 20,000 Hz. Below it, INfrasonic is IN-audible; above it, ULTRA is beyond reach.
“20 முதல் 20K” — செவிப்புலன் வரம்பு. கீழே கீழொலி, மேலே மீயொலி.

3. “34.4 halved is 17.2” — sound covers 34.4 m in 0.1 s, but the echo path is a round trip, so the wall is at half that distance.
“34.4-ன் பாதி 17.2” — சென்று திரும்பும் பயணம் என்பதால் தூரம் பாதியாகும்.

4. “PLQ = FAW” — Pitch↔Frequency, Loudness↔Amplitude, Quality↔Waveform.
“PLQ = FAW” — சுருதி↔அதிர்வெண், சத்தம்↔வீச்சு, தன்மை↔அலைவடிவம்.

5. “Bats, Dolphins, Doctors” — the three famous users of ultrasound: echolocation, navigation and scanning.
“வௌவால், டால்பின், மருத்துவர்” — மீயொலியைப் பயன்படுத்தும் மூவர்.

1. Sound waves cannot travel through ______ (TNPSC Group IV pattern)
Answer: Vacuum
ஒலி அலைகள் ______ வழியாகப் பரவ முடியாது. விடை: வெற்றிடம்

2. The unit used to measure the loudness of sound is ______ (TNPSC Group II pattern)
Answer: Decibel (dB)
ஒலியின் சத்தத்தை அளக்கப் பயன்படும் அலகு ______ . விடை: டெசிபல் (dB)

3. Which instrument is used to measure the depth of the sea? (TNPSC General Science pattern)
Answer: Fathometer (working on the SONAR principle)
கடலின் ஆழத்தை அளக்கப் பயன்படும் கருவி எது? விடை: ஃபேத்தோமீட்டர் (SONAR கொள்கையில் இயங்குவது)