அதியமான் அகாடமி வழங்கும் இன்றைய டி.என்.பி.எஸ்.சி தினசரி குறிப்புகள் — ஒலி அலைகள் மற்றும் ஒலியியல் (Sound Waves and Acoustics). TNPSC குரூப் 1, 2, 2A, 4 மற்றும் VAO தேர்வுகளுக்கான பொது அறிவியல் (இயற்பியல்) பகுதியில் அதிக மதிப்பெண் பெறத்தக்க பாடம். ஒலியின் தன்மை, ஒலியின் வேகம், எதிரொலி, சோனார், மீயொலி, டாப்ளர் விளைவு ஆகியவற்றை இருமொழியில் விரிவாகக் காண்போம்.
- 🎯 Key Points (15) | முக்கியக் குறிப்புகள்
- 📖 Detailed Notes — English
- 📖 விரிவான குறிப்புகள் — தமிழ்
- ❓ 5 Practice MCQs | பயிற்சி வினாக்கள்
- 💡 Memory Tips | நினைவூட்டல் உத்திகள்
- 🔗 Previous Year Question Patterns | முந்தைய ஆண்டு வினாக்கள்
🔊 Sound Waves & Acoustics | ஒலி அலைகள் மற்றும் ஒலியியல்
Sound is a mechanical, longitudinal wave. It needs a material medium and cannot travel through vacuum.
Audible range of the human ear is 20 Hz to 20,000 Hz. Below 20 Hz = infrasonic; above 20,000 Hz = ultrasonic.
Speed of sound in dry air at 0°C is about 331 m/s and at 20°C about 343 m/s. It rises roughly 0.61 m/s for every 1°C rise in temperature.
Sound travels fastest in solids, slower in liquids and slowest in gases — steel about 5,960 m/s, water about 1,480 m/s, air about 343 m/s.
Wave equation: v = f × λ (speed = frequency × wavelength). Frequency is measured in hertz (Hz).
Loudness depends on amplitude; pitch (shrillness) depends on frequency; quality or timbre depends on the waveform.
Sound level is measured in decibel (dB) on a logarithmic scale. 0 dB is the threshold of hearing; long exposure above 85 dB damages hearing; about 120 dB is the threshold of pain.
Echo is the reflection of sound. Because the persistence of hearing is about 0.1 second, the reflecting surface must be at least about 17.2 m away (at 344 m/s) to hear a distinct echo.
Reverberation is the persistence of sound in a hall due to repeated reflections. Sabine’s formula: T = 0.161 V / A, where V is volume and A is total absorption.
SONAR = Sound Navigation And Ranging. It works on the principle of echo using ultrasonic waves. Depth d = (v × t) / 2.
Ultrasound is used in medical scanning, echocardiography, cleaning delicate parts, ultrasonic welding and detecting flaws in metal castings.
Bats, dolphins and whales navigate by echolocation, sending out ultrasonic pulses and listening to the returning echoes.
Doppler effect: apparent change in frequency when the source or the observer moves. Used in radar speed guns, Doppler ultrasound and in astronomy (red shift / blue shift).
Mach number = speed of source / speed of sound. Above Mach 1 the body is supersonic and produces a shock wave heard as a sonic boom.
Resonance occurs when a body is forced to vibrate at its natural frequency. This is why marching soldiers break step while crossing a bridge.
1. What Sound Really Is
Sound is a form of energy that travels as a mechanical wave. When an object vibrates, it pushes the particles of the surrounding medium together and then pulls them apart, creating alternate regions of compression (high pressure) and rarefaction (low pressure). Because the particles vibrate along the same direction in which the wave advances, sound is classified as a longitudinal wave. This is the single most-tested fact in this unit.
Since sound needs particles to pass energy from one layer to the next, it cannot travel through a vacuum. The classic bell-jar experiment proves this: an electric bell ringing inside a jar becomes inaudible as the air is pumped out, although the hammer can still be seen striking. Light, being an electromagnetic wave, continues to reach the eye — a favourite comparison question in TNPSC General Science.
2. Characteristics of Sound
Three properties describe every musical sound. Loudness is the sensation produced by the amplitude of the wave; a bigger amplitude carries more energy and sounds louder. Pitch or shrillness is decided by frequency — a woman’s voice or a mosquito’s buzz has a higher frequency than a man’s voice or a lion’s roar. Quality (timbre) arises from the waveform and the pattern of overtones, and it is the reason a violin and a flute playing the same note still sound different.
Frequency, wavelength and speed are tied together by v = f λ. When sound passes from air into water its frequency stays the same, but its speed and wavelength both increase — another frequently asked conceptual point.
3. Speed of Sound in Different Media
Sound travels fastest where the particles are packed most closely and the medium is most elastic. Hence the order is solids > liquids > gases. In steel the speed is roughly 5,960 m/s, in fresh water about 1,480 m/s and in air at 20°C about 343 m/s. In air the speed depends on temperature and humidity but not on pressure, because a change in pressure changes density proportionally and the two effects cancel. As a working rule the speed increases by about 0.61 m/s for each degree Celsius rise. Moist air carries sound slightly faster than dry air because water vapour is lighter than the nitrogen and oxygen it displaces.
4. Echo, Reverberation and Acoustics of Buildings
An echo is a reflected sound heard separately from the original. The ear retains a sound sensation for about 0.1 second, so the reflected sound must arrive later than this to be distinguished. Taking the speed as 344 m/s, the sound must cover at least 34.4 m in going and returning, which means the obstacle must be at least about 17.2 m away. Multiple reflections in a closed hall cause reverberation. Too much reverberation blurs speech; too little makes a hall sound dead. Sabine’s formula, T = 0.161 V / A, links reverberation time to the volume of the hall and the total absorption of its surfaces. Auditoriums are treated with carpets, curtains, perforated boards and upholstered seats to bring the reverberation time to an optimum value.
5. Ultrasonics and SONAR
Waves above 20,000 Hz are ultrasonic. Their short wavelength lets them travel in well-defined beams and reflect from small objects, which makes them ideal for detection. SONAR (Sound Navigation And Ranging) sends an ultrasonic pulse from a transmitter, receives the echo from the sea bed or from a submarine, and computes distance as d = v t / 2, where t is the total to-and-fro time. The same principle guides fishing fleets and maps the ocean floor. In medicine ultrasound produces images of the foetus and the heart, breaks kidney stones by lithotripsy, and cleans instruments. Industry uses it to detect cracks in castings and to weld plastics. Bats and dolphins have practised echolocation for millions of years.
6. Doppler Effect, Sonic Boom and Noise
When a source and an observer move relative to one another, the observed frequency changes — the Doppler effect. An approaching train whistle sounds shriller and drops in pitch as it passes. Traffic radar guns, Doppler ultrasound for blood flow, weather radar and the red shift of distant galaxies all rest on this idea. When a body moves faster than sound, the wavefronts pile up into a cone-shaped shock wave and a sonic boom is heard; the ratio of the body’s speed to the speed of sound is the Mach number. Finally, unwanted sound is noise pollution. Levels beyond 85 dB over long periods cause hearing loss, hypertension and sleep disturbance, and the Noise Pollution (Regulation and Control) Rules, 2000 prescribe permissible limits for industrial, commercial, residential and silence zones in India.
1. ஒலி என்றால் என்ன?
ஒலி என்பது ஓர் ஆற்றல் வடிவம்; அது இயந்திர அலையாகப் பரவுகிறது. ஒரு பொருள் அதிரும்போது, அதைச் சுற்றியுள்ள ஊடகத் துகள்களை நெருக்கியும் விலக்கியும் வைக்கிறது. இதனால் அழுத்தம் மிகுந்த நெருக்கம் (compression), அழுத்தம் குறைந்த விரிவு (rarefaction) ஆகிய பகுதிகள் மாறி மாறி உருவாகின்றன. துகள்கள் அலை செல்லும் அதே திசையில் அதிர்வதால் ஒலி நெட்டலை (longitudinal wave) எனப்படுகிறது. இந்த ஒரு செய்திதான் இப்பாடத்தில் அதிகம் கேட்கப்படுவது.
ஆற்றலை ஒரு அடுக்கிலிருந்து அடுத்த அடுக்குக்குக் கடத்தத் துகள்கள் தேவை என்பதால், வெற்றிடத்தில் ஒலி பரவாது. மணிச்சாடி (bell jar) சோதனை இதை நிரூபிக்கிறது — சாடிக்குள் ஒலிக்கும் மின்மணியிலிருந்து காற்றை வெளியேற்றும்போது ஒலி கேட்பது நின்றுவிடும்; ஆனால் சுத்தி அடிப்பதைக் கண்ணால் காண முடியும். ஒளி மின்காந்த அலை என்பதால் அது தொடர்ந்து கண்ணை அடையும்.
2. ஒலியின் பண்புகள்
ஒவ்வொரு இசை ஒலியையும் மூன்று பண்புகள் விவரிக்கின்றன. உரப்பு (loudness) அலையின் வீச்சைச் சார்ந்தது; வீச்சு அதிகமானால் ஆற்றல் அதிகம், ஒலியும் உரக்கக் கேட்கும். சுருதி (pitch) அதிர்வெண்ணைச் சார்ந்தது — கொசுவின் ரீங்காரம், பெண்குரல் ஆகியவற்றின் அதிர்வெண் ஆண்குரல், சிங்க முழக்கம் ஆகியவற்றைவிட அதிகம். ஒலித்தரம் (timbre) அலை வடிவத்தையும் மேலோசைகளையும் சார்ந்தது; இதனால்தான் ஒரே சுரத்தை வயலினும் புல்லாங்குழலும் வாசித்தாலும் வேறுபட்டு ஒலிக்கின்றன.
அதிர்வெண், அலைநீளம், வேகம் ஆகியவை v = f λ என்ற சமன்பாட்டால் இணைக்கப்படுகின்றன. ஒலி காற்றிலிருந்து நீருக்குச் செல்லும்போது அதிர்வெண் மாறாது; ஆனால் வேகமும் அலைநீளமும் அதிகரிக்கும்.
3. வெவ்வேறு ஊடகங்களில் ஒலியின் வேகம்
துகள்கள் நெருக்கமாக அமைந்து, மீள்தன்மை அதிகமுள்ள ஊடகத்தில் ஒலி வேகமாகச் செல்லும். எனவே வரிசை திடம் > திரவம் > வாயு. எஃகில் சுமார் 5,960 மீ/வி, நன்னீரில் சுமார் 1,480 மீ/வி, 20°C காற்றில் சுமார் 343 மீ/வி. காற்றில் ஒலியின் வேகம் வெப்பநிலை மற்றும் ஈரப்பதத்தைச் சார்ந்தது; ஆனால் அழுத்தத்தைச் சாராது — ஏனெனில் அழுத்தம் மாறும்போது அடர்த்தியும் அதே விகிதத்தில் மாறி விளைவுகள் ஒன்றையொன்று ரத்து செய்கின்றன. வெப்பநிலை 1°C உயரும் ஒவ்வொரு முறையும் வேகம் சுமார் 0.61 மீ/வி கூடும். நீராவி நைட்ரஜன், ஆக்சிஜனைவிட இலகுவானது என்பதால் ஈரக் காற்றில் ஒலி சற்று வேகமாகச் செல்லும்.
4. எதிரொலி, மீளொலிப்பு, கட்டட ஒலியியல்
எதிரொலி என்பது மூல ஒலியிலிருந்து தனியாகக் கேட்கும் எதிரொளித்த ஒலி. காது ஒரு ஒலி உணர்வை சுமார் 0.1 விநாடி தக்கவைக்கிறது; எனவே எதிரொளித்த ஒலி அதற்குப் பின்னரே வந்தால்தான் தனியாகக் கேட்கும். வேகம் 344 மீ/வி எனக் கொண்டால், ஒலி சென்று திரும்ப குறைந்தது 34.4 மீட்டர் கடக்க வேண்டும்; அதாவது தடை குறைந்தது சுமார் 17.2 மீட்டர் தொலைவில் இருக்க வேண்டும். மூடிய அரங்கில் மீண்டும் மீண்டும் எதிரொளிப்பதால் மீளொலிப்பு ஏற்படுகிறது. மீளொலிப்பு மிகுந்தால் பேச்சு தெளிவின்றிக் கலங்கும்; மிகக் குறைந்தால் அரங்கு உயிரற்றதாக ஒலிக்கும். சபைன் சூத்திரம் T = 0.161 V / A மீளொலிப்பு நேரத்தை அரங்கின் கன அளவோடும் மேற்பரப்புகளின் மொத்த உறிஞ்சுதிறனோடும் தொடர்புபடுத்துகிறது. அரங்குகளில் தரைவிரிப்பு, திரைச்சீலை, துளையிட்ட பலகைகள், மெத்தை இருக்கைகள் ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி மீளொலிப்பு நேரம் சரிசெய்யப்படுகிறது.
5. மீயொலி மற்றும் சோனார்
20,000 ஹெர்ட்ஸுக்கு மேற்பட்ட அலைகள் மீயொலி (ultrasonic). அலைநீளம் மிகக் குறைவு என்பதால் அவை குறுகிய கற்றையாகச் சென்று சிறிய பொருள்களிலும் எதிரொளிக்கின்றன; இதனால் கண்டறிதலுக்கு உகந்தவை. சோனார் மீயொலித் துடிப்பை அனுப்பி, கடலடித் தளத்திலிருந்தோ நீர்மூழ்கிக் கப்பலிலிருந்தோ திரும்பும் எதிரொலியைப் பெற்று, d = v t / 2 என்ற சூத்திரத்தால் தொலைவைக் கணக்கிடுகிறது (t என்பது சென்று திரும்பிய மொத்த நேரம்). இதே கொள்கை மீன்பிடிக் கப்பல்களுக்கும் கடல்தளப் படமெடுப்புக்கும் உதவுகிறது. மருத்துவத்தில் மீயொலி கருவின் மற்றும் இதயத்தின் படங்களைத் தருகிறது, சிறுநீரகக் கல்லை உடைக்கிறது, கருவிகளைச் சுத்தம் செய்கிறது. தொழிற்சாலைகளில் உலோகக் கட்டிகளில் விரிசலைக் கண்டறியவும் பிளாஸ்டிக் பற்றவைக்கவும் பயன்படுகிறது. வௌவால்களும் டால்பின்களும் கோடிக்கணக்கான ஆண்டுகளாக இதே எதிரொலி இடங்காணலைப் பயன்படுத்தி வருகின்றன.
6. டாப்ளர் விளைவு, ஒலி வெடிப்பு, ஒலி மாசு
ஒலி மூலமும் கேட்பவரும் ஒன்றையொன்று நோக்கி அல்லது விலகி நகரும்போது கேட்கும் அதிர்வெண் மாறுகிறது — இதுவே டாப்ளர் விளைவு. நெருங்கி வரும் ரயில் ஊதலின் ஒலி கூர்மையாகக் கேட்டு, கடந்து சென்றதும் தாழ்ந்துவிடும். போக்குவரத்து ரேடார் வேக அளவி, இரத்த ஓட்டத்தை அளக்கும் டாப்ளர் அல்ட்ராசவுண்ட், வானிலை ரேடார், தொலைவிலுள்ள விண்மீன் மண்டலங்களின் செந்நகர்வு அனைத்தும் இக்கொள்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டவை. ஒரு பொருள் ஒலியைவிட வேகமாகச் செல்லும்போது அலைமுகப்புகள் ஒன்றுசேர்ந்து கூம்பு வடிவ அதிர்ச்சி அலையாகி ஒலி வெடிப்பு (sonic boom) கேட்கிறது; பொருளின் வேகத்திற்கும் ஒலியின் வேகத்திற்கும் உள்ள விகிதமே மாக் எண். இறுதியாக, தேவையற்ற ஒலி ஒலி மாசு ஆகும். 85 dB-க்கு மேல் நீண்ட நேர வெளிப்பாடு செவித்திறன் இழப்பு, உயர் இரத்த அழுத்தம், தூக்கக் கலக்கம் ஆகியவற்றை ஏற்படுத்தும். இந்தியாவில் ஒலி மாசு (ஒழுங்குமுறை மற்றும் கட்டுப்பாடு) விதிகள், 2000 தொழிற்சாலை, வணிக, குடியிருப்பு, அமைதி மண்டலங்களுக்கான வரம்புகளை நிர்ணயிக்கிறது.
1 — (B) Longitudinal waves | நெட்டலைகள்
2 — (C) Steel | எஃகு
3 — (B) Reflection of sound (echo) | ஒலியின் எதிரொளிப்பு
4 — (B) 510 m [d = v t / 2 = 340 × 3 / 2 = 510 m]
5 — (C) Doppler effect | டாப்ளர் விளைவு
1. “SoLiGa” — Solid > Liquid > Gas. Speed of sound falls in that order.
“திதிவா” — திடம் > திரவம் > வாயு. இதே வரிசையில் ஒலியின் வேகம் குறையும்.
2. “20 to 20K, that is the ear’s pay.” Audible range 20 Hz to 20,000 Hz — below is infra, above is ultra.
“இருபது முதல் இருபதாயிரம்” — காதின் எல்லை. கீழே கீழொலி, மேலே மீயொலி.
3. SONAR = “Sound Navigation And Ranging”. Remember it uses ultrasound, not radio waves; RADAR uses radio waves.
சோனார் மீயொலியைப் பயன்படுத்தும்; ரேடார் வானொலி அலைகளைப் பயன்படுத்தும்.
4. “AmpLitude = Loudness, FRequency = PitcH.” A-L and F-P pairs never swap.
வீச்சு = உரப்பு; அதிர்வெண் = சுருதி. இந்த இரு ஜோடிகளும் ஒருபோதும் மாறாது.
5. “One–Seven–Two, an echo for you.” 17.2 m is the minimum distance to hear a distinct echo (0.1 s persistence, 344 m/s).
17.2 மீட்டர் — தனித்த எதிரொலி கேட்கத் தேவையான குறைந்தபட்சத் தொலைவு.
PYQ 1 (TNPSC General Science pattern): “Sound cannot travel through ___.” — Answer: Vacuum.
“ஒலி ___ வழியாகச் செல்ல முடியாது.” — விடை: வெற்றிடம்.
PYQ 2 (TNPSC Group 4 / VAO pattern): “The frequency range audible to the normal human ear is ___.” — Answer: 20 Hz to 20,000 Hz.
“சாதாரண மனித காது கேட்கக்கூடிய அதிர்வெண் எல்லை ___.” — விடை: 20 Hz முதல் 20,000 Hz வரை.
PYQ 3 (TNPSC Group 2 / 2A pattern): “Bats can fly in complete darkness because they use ___.” — Answer: Ultrasonic waves (echolocation).
“வௌவால்கள் முழு இருளிலும் பறக்க முடிவதற்குக் காரணம் ___.” — விடை: மீயொலி அலைகள் (எதிரொலி இடங்காணல்).
தினசரி இருமொழிப் படிப்புக் குறிப்புகள்