வௌவால் முதல் அல்ட்ராசவுண்ட் வரை: உலகை இயக்கும் வியப்பூட்டும் ஒலி அலைகள்!

ஒலி அலைகள் ஒரு பரப்பில் பட்டு மோதி, மீண்டும் நம் காதுகளை வந்தடையும் எதிரொலிப்பு நிகழ்வே எக்கோ (Echo) அல்லது எதிரொலி என்று அழைக்கப்படுகிறது. இது நாம் கிணற்றுக்குள் பேசும் போதோ, பெரிய பாழடைந்த கட்டடங்கள் அல்லது மலைப்பிரதேசங்களில் சத்தமிடும்போதோ தெளிவாகக் கேட்கும்.

இதன் பின்னணியில் உள்ள சுவாரசியமான இயற்பியல் (Physics) அறிவியல் தொழில்நுட்பம் இதோ:

மனிதக் காதின் அற்புதம் - Persistence of Hearing:

நமது மூளையாலும் காதாலும் ஒரு ஒலியைக் கேட்டு, அது மறைந்த பிறகும் அடுத்த 0.1 வினாடி வரை அந்த ஒலியை நினைவில் வைத்திருக்க முடியும். நாம் பேசும் ஒலியும், அது சுவரில் பட்டுத் திரும்பும் ஒலியும் 0.1 வினாடிக்குள் நம் காதை வந்தடைந்தால், மூளையால் இரண்டையும் தனித்தனியாகப் பிரிக்க முடியாது. அது ஒரே ஒலியாகத்தான் கேட்கும் (சாதாரண அறைகளில் நடப்பதுபோல). ஆனால், எதிரொலித்து வரும் ஒலி நம் காதை வந்தடைய 0.1 வினாடிக்கு மேல் எடுத்துக் கொண்டால், நமது மூளை அதை ஒரு புதிய ஒலியாக (எக்கோவாக) உணர்கிறது.

17.2 மீட்டர் கணக்கு - The Distance Rule:

காற்றில் ஒலியின் வேகம் வினாடிக்குத் தோராயமாக 344 மீட்டர் ஆகும் (சாதாரண வெப்பநிலையில்). ஒலி புறப்பட்டு, சுவரில் மோதி, மீண்டும் நம் காதை வந்தடைய 0.1 வினாடி தேவை எனில், அது பயணிக்கும் மொத்தத் தூரம்: 344/×0.1=34.4

ஒலி போய்விட்டுத் திரும்பி வரவேண்டும் என்பதால், நாமும் அந்தச் சுவரும் இருக்கவேண்டிய குறைந்தபட்சத் தூரம் இதில் பாதியாக இருக்கவேண்டும்:

அறிவியல் விதி: நமக்கும், ஒலி மோதும் சுவருக்கும் இடையே குறைந்தபட்சம் 17.2 மீட்டர் (சுமார் 56 அடி) தூரம் இருந்தால் மட்டுமே நம்மால் 'எக்கோ'வை தெளிவாகக் கேட்க முடியும்.

ஏன் சாதாரண அறைகளில் எக்கோ அடிப்பதில்லை?

நம் வீட்டு அறைகள் பொதுவாக 10-க்கு 10 அல்லது 15 அடி தூரமே கொண்டவை. அதாவது 17.2 மீட்டரை விடக் குறைவு.

மேலும், நம் வீடுகளில் உள்ள சோஃபா, மெத்தைகள், திரைச்சீலைகள், மரப்பொருட்கள் மற்றும் மனித உடல்கள் ஆகியவை ஒலியை உறிஞ்சும் தன்மையுடையவை (Sound Absorbers). இதனால் ஒலி அலைகள் சுவர்களில் பட்டுத்திரும்பாமல் உறிஞ்சப்பட்டுவிடுகின்றன. அதே அறையில் உள்ள பொருட்கள் அனைத்தையும் காலி செய்துவிட்டுப் பேசினால், ஒலி உறிஞ்சப்படாமல் சுவர்களில் பலமுறை மோதித் திரும்புவதால் (Reverberation) ஒருவித முழக்கம் கேட்கும்.

எக்கோ தொழில்நுட்பத்தின் பயன்கள்:

இந்த எக்கோ பண்பை வைத்துத்தான் மனிதன் பல அற்புதமான நவீன தொழில்நுட்பங்களை உருவாக்கியுள்ளான்:

சோனார் (SONAR): நீர்மூழ்கிக் கப்பல்களில் ஒலியை அனுப்பி, அது கடலடிப் பாறைகளில் பட்டுத் திரும்பி வரும் 'எக்கோ' நேரத்தைக் கணக்கிட்டு, கடலின் ஆழத்தையும் எதிரே வரும் ஆபத்துகளையும் கண்டறிகிறார்கள்.

அல்ட்ராசவுண்ட் ஸ்கேன் (Ultrasound Scan): மருத்துவத்துறையில் தாயின் வயிற்றில் வளரும் குழந்தையின் ஆரோக்கியத்தைக் கண்காணிக்க உடலுக்குள் ஒலி அலைகளை அனுப்பி, அதன் எதிரொலியை (Echo) வைத்துப் பிம்பமாக மாற்றுகிறார்கள்.

இயற்கையின் கொடை: வௌவால்கள் மற்றும் திமிங்கிலங்கள் தங்களின் வாயிலிருந்து ஒலியை எழுப்பி, அதன் எக்கோவை வைத்தே இருட்டிலும் தங்களின் பாதையையும் இரையையும் துல்லியமாகக் கண்டறிகின்றன (Echolocation).

மேலே குறிப்பிட்ட எக்கோ (எதிரொலி) பற்றிய அறிவியல் தகவல்கள், இயற்பியலின் மிக அடிப்படையான ஒலியியல் (Acoustics) மற்றும் மனித உடலியங்கியல் (Human Physiology) பாடப் புத்தக ஆதாரங்களின் அடிப்படையிலானது.

இதற்கான ஆதாரப்பூர்வமான விளக்கங்களை இன்னும் துல்லியமாகக் கூற வேண்டுமானால், 1. 0.1 விநாடி கணக்கு (Persistence of Hearing) - மருத்துவ மற்றும் உடலியல் ஆதாரம். மனிதக் காது மற்றும் மூளையின் செயல்பாடு பற்றிய இந்தத் தகவல் உடலியங்கியல் (Physiology) மற்றும் பொது அறிவியல் பாடப்புத்தகங்களில் (உதாரணமாக: NCERT 9 மற்றும் 10-ஆம் வகுப்பு இயற்பியல் - ஒலி (Sound) பாடம்) ஆதாரமாக உள்ளது.

விளக்கம்: நம் காதில் விழும் ஒரு ஒலியின் தாக்கம் நமது செவிப்பறையிலும் (Eardrum) மூளையிலும் \frac{1}{10} விநாடி (அதாவது 0.1 விநாடி) வரை நீடித்திருக்கும். இதற்கு மேல் தாமதமாக வரும் ஒலியைத்தான் மூளையால் தனி ஒலியாக அடையாளம் காண முடியும்.

17.2 மீட்டர் கணக்கு - இயற்பியல் கணக்கீட்டு ஆதாரம் (Mathematical Proof)

இது ஒலியின் திசைவேகம் (Velocity of Sound) மற்றும் தூரத்திற்கான அடிப்படை இயற்பியல் சமன்பாட்டின் (d = v \times t) மூலம் நிரூபிக்கப்பட்ட ஆதாரமாகும்.

சோனார் (SONAR) மற்றும் வௌவால்களின் எதிரொலி - தொழில்நுட்ப ஆதாரம்

SONAR (Sound Navigation and Ranging): இது கடலின் ஆழத்தைக் கண்டறிய கப்பல்களில் பயன்படுத்தப்படும் உலகளாவிய தொழில்நுட்பம். இதன் செயல்பாட்டு விதிகள் அனைத்தும் சர்வதேச இயற்பியல் மற்றும் பொறியியல் இதழ்களில் (Engineering Journals) ஆவணப்படுத்தப்பட்டுள்ளன.

Echolocation (எதிரொலி மூலம் இடமறிதல்): வௌவால்கள் மற்றும் டால்பின்கள் அல்ட்ராசோனிக் (Ultrasonic) ஒலியைப் பயன்படுத்திப் பயணிக்கும் முறை உயிரியல் (Biology) ஆராய்ச்சிகளின் மூலம் (குறிப்பாக விலங்கியல் நடத்தையியல் - Animal behaviour) நிரூபிக்கப்பட்ட ஆதாரமாகும்.

இயற்கையின் கொடையான விலங்குகளின் வழிகாட்டும் தொழில்நுட்பத்திற்கும், மனிதன் கண்டுபிடித்த நவீன மருத்துவ, கடற்படைச் சாதனங்களுக்கும் இடையே உள்ள நெருங்கிய தொடர்பை அறிந்துகொள்வதோடு, தொழில்நுட்பங்கள் இயங்கும் அடிப்படை விதிகளைப் பற்றிய தெளிவான பார்வையைப் பெறலாம்.

Reference:

Ultrasound