Chapter 11: Sound

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Introduction to Sound

Sound is a form of energy that produces a sensation of hearing in our ears. It is produced by vibrating objects and travels in the form of waves through a medium.

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Production of Sound

• Sound is produced when an object vibrates.
• The source of sound can be a vibrating string, a tuning fork, or vocal cords.
• The vibrations create disturbances in the surrounding medium, which propagate as sound waves.

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Propagation of Sound

• Sound waves require a medium (solid, liquid, or gas) to travel. They cannot propagate in a vacuum.
• The particles of the medium vibrate and transfer energy to neighboring particles, resulting in wave propagation.
• The speed of sound varies in different media:
  • Solids > Liquids > Gases
  • Speed in air at room temperature (~25°C) is about 344 m/s.

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Types of Waves

1. Mechanical Waves: Require a medium for propagation (e.g., sound waves, water waves).
2. Electromagnetic Waves: Do not require a medium (e.g., light waves, radio waves).

Sound waves are longitudinal mechanical waves, meaning the particles of the medium vibrate parallel to the direction of wave propagation.

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Characteristics of Sound Waves

1. Wavelength (λ): Distance between two consecutive compressions or rarefactions (measured in meters).
2. Frequency (f): Number of vibrations per second (measured in Hertz, Hz). Determines the pitch of sound.
3. Time Period (T): Time taken for one complete vibration. It is the inverse of frequency.
4. Amplitude (A): Maximum displacement of particles from their mean position. Determines loudness.
5. Velocity (v): Speed at which the sound wave propagates.

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Reflection of Sound

• Sound waves obey the laws of reflection:
  • The angle of incidence = The angle of reflection
  • Incident wave, reflected wave, and normal lie in the same plane.
• Applications:
  • Echo: Reflection of sound from a rigid surface. To hear an echo, the minimum distance between the source and the reflecting surface should be 17.2 meters.
  • Reverberation: Multiple reflections of sound within a closed space causing persistence of sound.
  • SONAR (Sound Navigation and Ranging): Used by ships and submarines to detect objects underwater by sending sound pulses and measuring their reflections.

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Characteristics of Sound Perception

1. Loudness: Depends on the amplitude of the sound wave. Measured in decibels (dB).
2. Pitch: Depends on the frequency. Higher frequency = Higher pitch.
3. Quality (Timbre): Distinguishes different sounds of the same pitch and loudness.

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Human Ear: Structure and Function

The human ear is responsible for hearing and balance. It consists of three parts:

1. Outer Ear:
   • Pinna: Collects sound waves.
   • Auditory Canal: Directs sound to the eardrum.
2. Middle Ear:
   • Eardrum (Tympanic Membrane): Vibrates due to sound waves.
   • Three Bones (Hammer, Anvil, Stirrup): Amplify vibrations.
3. Inner Ear:
   • Cochlea: Converts vibrations into electrical signals.
   • Auditory Nerve: Sends signals to the brain for interpretation.

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Applications of Sound

• Medical Uses: Ultrasound imaging (sonography), detecting kidney stones.
• Communication: Mobile phones, radio, television.
• Navigation: SONAR in ships and submarines.
• Industrial Uses: Cleaning objects using ultrasonic waves.

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Key Formulas

• Wave speed:
• Time period:

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Conclusion

Sound is an important aspect of daily life, used in communication, medicine, and technology. Understanding sound waves, their properties, and applications helps us utilize them efficiently.

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अध्याय 11- ध्वनि (NCERT नोट्स)

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ध्वनि का परिचय

ध्वनि एक प्रकार की ऊर्जा है जो हमारे कानों में श्रवण संवेदना उत्पन्न करती है। यह कंपन करने वाले वस्तुओं द्वारा उत्पन्न होती है और माध्यम के रूप में तरंगों के रूप में फैलती है।

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ध्वनि का उत्पादन

• ध्वनि तब उत्पन्न होती है जब कोई वस्तु कंपन करती है।
• ध्वनि का स्रोत कंपनशील तार, ट्यूनिंग फोर्क या स्वरतंत्री हो सकते हैं।
• ये कंपन माध्यम में व्यवधान उत्पन्न करते हैं, जो ध्वनि तरंगों के रूप में फैलते हैं।

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ध्वनि का संचरण

• ध्वनि तरंगों को यात्रा करने के लिए माध्यम (ठोस, द्रव या गैस) की आवश्यकता होती है। यह निर्वात (vacuum) में नहीं फैल सकती।
• माध्यम के कण कंपन करते हैं और ऊर्जा को अपने पड़ोसी कणों में स्थानांतरित करते हैं, जिससे तरंग संचरण होता है।
• विभिन्न माध्यमों में ध्वनि की गति:
  • ठोस > द्रव > गैस
  • वायु में सामान्य तापमान (~25°C) पर ध्वनि की गति लगभग 344 मी/सेकंड होती है।

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तरंगों के प्रकार

1. यांत्रिक तरंगें (Mechanical Waves): संचरण के लिए माध्यम की आवश्यकता होती है (जैसे ध्वनि तरंगें, जल तरंगें)।
2. वैद्युत-चुंबकीय तरंगें (Electromagnetic Waves): इन्हें संचरण के लिए माध्यम की आवश्यकता नहीं होती (जैसे प्रकाश तरंगें, रेडियो तरंगें)।

ध्वनि तरंगें अनुदैर्ध्य यांत्रिक तरंगें होती हैं, अर्थात् माध्यम के कण तरंग संचरण की दिशा के समानांतर कंपन करते हैं।

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ध्वनि तरंगों के गुणधर्म

1. तरंगदैर्घ्य (λ): दो लगातार संपीड़नों या प्रसारों के बीच की दूरी (मीटर में मापी जाती है)।
2. आवृत्ति (f): प्रति सेकंड होने वाले कंपन की संख्या (हर्ट्ज़, Hz में मापी जाती है)। यह ध्वनि के पिच को निर्धारित करती है।
3. काल अवधि (T): एक पूर्ण कंपन के लिए लिया गया समय। यह आवृत्ति का व्युत्क्रम होता है।
4. आयाम (A): कणों का उनके संतुलन स्थिति से अधिकतम विस्थापन। यह ध्वनि की तीव्रता को निर्धारित करता है।
5. वेग (v): ध्वनि तरंगों के संचरण की गति।

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ध्वनि का परावर्तन

• ध्वनि तरंगें परावर्तन के नियमों का पालन करती हैं:
  • आपतन कोण = परावर्तन कोण
  • आपतित तरंग, परावर्तित तरंग, और अभिलंब एक ही समतल में होते हैं।
• अनुप्रयोग:
  • गूंज (Echo): कठोर सतह से ध्वनि का परावर्तन। गूंज सुनने के लिए स्रोत और परावर्तक सतह के बीच न्यूनतम दूरी 17.2 मीटर होनी चाहिए।
  • अनुनाद (Reverberation): बंद स्थान में ध्वनि का बार-बार परावर्तन जिससे ध्वनि अधिक समय तक बनी रहती है।
  • सोनार (SONAR – Sound Navigation and Ranging): जलमग्न वस्तुओं का पता लगाने के लिए ध्वनि तरंगों का उपयोग करता है।

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ध्वनि की विशेषताएँ

1. तीव्रता (Loudness): ध्वनि की तीव्रता ध्वनि तरंग के आयाम पर निर्भर करती है। इसे डेसीबल (dB) में मापा जाता है।
2. पिच (Pitch): यह ध्वनि की आवृत्ति पर निर्भर करती है। उच्च आवृत्ति = उच्च पिच।
3. गुणवत्ता (Timbre): यह एक ही पिच और तीव्रता वाली विभिन्न ध्वनियों में भेद करने में मदद करती है।

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मानव कान: संरचना और कार्य

मानव कान सुनने और संतुलन बनाए रखने का कार्य करता है। यह तीन भागों में विभाजित होता है:

1. बाहरी कान:
   • पिन्ना: ध्वनि तरंगों को एकत्र करता है।
   • श्रवण नलिका: ध्वनि को कान के परदे (ईardrum) तक ले जाता है।
2. मध्य कान:
   • कान का परदा (Tympanic Membrane): ध्वनि तरंगों के कारण कंपन करता है।
   • तीन हड्डियाँ (हथौड़ा, निहाई, रकाब): कंपन को बढ़ाती हैं।
3. आंतरिक कान:
   • कर्णावर्त (Cochlea): कंपन को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है।
   • श्रवण तंत्रिका: संकेतों को मस्तिष्क तक पहुंचाता है।

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ध्वनि के अनुप्रयोग

• चिकित्सा: अल्ट्रासाउंड इमेजिंग (सोनोग्राफी), किडनी स्टोन का पता लगाना।
• संचार: मोबाइल फोन, रेडियो, टेलीविजन।
• नेविगेशन: जहाजों और पनडुब्बियों में सोनार का उपयोग।
• औद्योगिक उपयोग: अल्ट्रासोनिक तरंगों से सफाई।

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महत्वपूर्ण सूत्र

• तरंग गति:
• काल अवधि:

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निष्कर्ष

ध्वनि हमारे दैनिक जीवन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है, जिसका उपयोग संचार, चिकित्सा और तकनीक में किया जाता है। ध्वनि तरंगों के गुणधर्मों और अनुप्रयोगों को समझकर हम इनका प्रभावी ढंग से उपयोग कर सकते हैं।

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