শব্দ কী
শব্দ হলো এক প্রকার শক্তি, যা আমাদের কানে শ্রবণের অনুভূতি সৃষ্টি করে। এটি একটি যান্ত্রিক তরঙ্গ যা পদার্থের কম্পনের ফলে উৎপন্ন হয় এবং কোনো জড় মাধ্যমের (কঠিন, তরল বা গ্যাসীয়) মধ্য দিয়ে সঞ্চালিত হয়।
শব্দের উৎপত্তি
শব্দের মূল উৎস হলো বস্তুর কম্পন। কোনো বস্তু যখন কাঁপে, তখন তার চারপাশের বায়ুস্তরেও কম্পন সৃষ্টি হয়। সেই কম্পন আমাদের কানে পৌঁছালে আমরা শব্দ শুনতে পাই। যতক্ষণ বস্তুটি কাঁপতে থাকে, ততক্ষণই তা শব্দ উৎপন্ন করে। কম্পন থেমে গেলে শব্দও বন্ধ হয়ে যায়।
উদাহরণ: একটি সুরশলাকাকে আঘাত করলে সেটি কাঁপতে থাকে এবং শব্দ উৎপন্ন হয়।
তরঙ্গ ও তরঙ্গের প্রকৃতি
কোনো জড় মাধ্যমের মধ্য দিয়ে সঞ্চালিত একটি পর্যায়বৃত্ত আন্দোলন, যা এক স্থান থেকে অন্য স্থানে শক্তি আদান-প্রদান করে কিন্তু মাধ্যমের কণাগুলোকে স্থায়ীভাবে স্থানান্তরিত করে না, তাকে তরঙ্গ বলে।
কণাগুলোর কম্পনের দিকের ওপর ভিত্তি করে তরঙ্গকে দুই ভাগে ভাগ করা যায়: অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গ ও তির্যক তরঙ্গ।
1. অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গ
যে তরঙ্গ সঞ্চালনের সময় মাধ্যমের কণাগুলো তরঙ্গের গতির অভিমুখের সাথে সমান্তরালে কম্পিত হয়, তাকে অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গ বলে।
বৈশিষ্ট্য:
- এই তরঙ্গ সংকোচন ও প্রসারণ-এর মাধ্যমে অগ্রসর হয়।
- অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গের গতির দিকেই কণাগুলো যাতায়াত করে।
উদাহরণ: শব্দ তরঙ্গ হলো অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গ। অর্থাৎ, বায়ুতে শব্দ অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গের আকার বিস্তার লাভ করে।
2. তির্যক তরঙ্গ
যে তরঙ্গ সঞ্চালনের সময় মাধ্যমের কণাগুলো তরঙ্গের গতির অভিমুখের সাথে লম্বভাবে অর্থাৎ, উপরে-নিচে কম্পিত হয়, তাকে তির্যক তরঙ্গ বা অনুপ্রস্থ তরঙ্গ বলে।
বৈশিষ্ট্য:
- এই তরঙ্গ তরঙ্গ শীর্ষ এবং তরঙ্গ পাদ তৈরির মাধ্যমে অগ্রসর হয়।
- তির্যক তরঙ্গ ডানে এগিয়ে গেলে কণাগুলো উপরে-নিচে ওঠানামা করে।
উদাহরণ: পুকুরের জলে ঢিল ছুড়লে সৃষ্টি হওয়া জলের ঢেউ।
শব্দের বৈশিষ্ট্য
শব্দের প্রধান বৈশিষ্ট্যগুলো মূলত শব্দ তরঙ্গের ভৌত রাশি এবং মানুষের কানে এর অনুভূতির ওপর ভিত্তি করে নির্ধারণ করা হয়।
নিচে শব্দের মূল বৈশিষ্ট্যগুলো বিস্তারিত আলোচনা করা হলো:
1. প্রাবল্য: শব্দ কতটা জোরে বা আস্তে শোনা যাচ্ছে, তাকেই প্রাবল্য বলে। এটি মূলত শব্দ তরঙ্গের বিস্তারের ওপর নির্ভর করে। বিস্তার বেশি হলে শব্দ জোরালো হয় এবং বিস্তার কম হলে শব্দ মৃদু হয়। এর একক হলো ডেসিবেল (dB)।
2. তীক্ষ্ণতা: শব্দ কতটা চওড়া বা মোটা, তা তীক্ষ্ণতা দিয়ে বোঝা যায়। এটি শব্দ তরঙ্গের কম্পাঙ্কের ওপর নির্ভর করে। কম্পাঙ্ক বেশি হলে শব্দ তীক্ষ্ণ বা চিকন হয়।
- যেমন: ছোট শিশু বা মেয়েদের গলার স্বর। এবং কম্পাঙ্ক কম হলে শব্দ গম্ভীর বা মোটা হয় যেমন: ছেলেদের গলার স্বর।
3. গুণ বা জাতি: একই প্রাবল্য এবং একই তীক্ষ্ণতার দুটি ভিন্ন উৎস থেকে আসা শব্দের মধ্যে পার্থক্য করার ক্ষমতাকে গুণ বা জাতি বলে।
- যেমন: কোনো বাদ্যযন্ত্র না দেখেও আমরা গিটার এবং পিয়ানোর শব্দের পার্থক্য বুঝতে পারি কেবল তাদের 'টিম্বার' বা গুণের কারণে। এটি মূলত তরঙ্গের আকৃতির ওপর নির্ভর করে।
4. শব্দের বেগ: শব্দ প্রতি সেকেন্ডে নির্দিষ্ট দিকে যে দূরত্ব অতিক্রম করে, তাকে শব্দের বেগ বলে। শব্দের বেগ মাধ্যমের প্রকৃতি ও তাপমাত্রার ওপর নির্ভর করে। বায়ুর চেয়ে তরলে এবং তরলের চেয়ে কঠিন মাধ্যমে শব্দের বেগ বেশি।
5. পূর্ণদোলন: একটি কম্পনশীল কণা গতিপথের এক বিন্দু থেকে নির্দিষ্ট দিকে যাত্রা শুরু করে বিপরীত দিক থেকে আবার সেই বিন্দুতে ফিরে আসাকে পূর্ণদোলন বলে।
6. পর্যায়কাল: একটি পূর্ণদোলন সম্পন্ন হতে কোনো বস্তুকণার যে সময় লাগে, তাকে ঐ কণার পর্যায়কাল বলে।
7. কম্পাঙ্ক: উৎস থেকে প্রতি সেকেন্ডে যতগুলো পূর্ণ কম্পন বা স্পন্দন তৈরি হয়, তাকে কম্পাঙ্ক বলে। কম্পাঙ্কের একক হলো হার্টজ (Hz)। মানুষের শ্রাব্যতার সীমা হলো 20 Hz থেকে 20,000 Hz। অর্থাৎ কোনো বস্তুর কম্পন এক সেকেন্ডে 20 থেকে 20,000 বার এর মধ্যে হলে সেই শব্দ আমরা শুনতে পাই।
8. তরঙ্গদৈর্ঘ্য: শব্দ তরঙ্গের একটি পূর্ণ স্পন্দনে শব্দ যে দূরত্ব অতিক্রম করে, তাকে তরঙ্গদৈর্ঘ্য বলে। এটি দুটি পরপর সংকোচন বা প্রসারণের মধ্যবর্তী দূরত্ব।
শব্দের প্রতিফলন
আলো বা তাপের মতো শব্দেরও প্রতিফলন ঘটে। শব্দ যখন এক মাধ্যম থেকে অন্য মাধ্যমে যাওয়ার সময় কোনো কঠিন বা তরল তলে বাধা পেয়ে আবার প্রথম মাধ্যমে ফিরে আসে, তখন এই ঘটনাকে শব্দের প্রতিফলন বলা হয়।
নিচে শব্দের প্রতিফলনের সূত্র ও ব্যবহারিক প্রয়োগগুলো বিস্তারিত আলোচনা করা হলো:
• শব্দের প্রতিফলনের সূত্র
শব্দের প্রতিফলন মূলত দুটি সূত্র মেনে চলে:
i) আপতিত শব্দ তরঙ্গ, প্রতিফলিত শব্দ তরঙ্গ এবং আপতন বিন্দুতে প্রতিফলকের ওপর অঙ্কিত লম্ব একই সমতলে থাকে।
ii) আপতন কোণ ($\theta_i$) এবং প্রতিফলন কোণ ($\theta_r$) সবসময় সমান হয়।
• শব্দের প্রতিফলনের ব্যবহারিক প্রয়োগ
শব্দের প্রতিফলন আমাদের দৈনন্দিন জীবনে এবং প্রযুক্তিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়:
- স্টেথোস্কোপ: চিকিৎসকরা হৃদপিণ্ডের শব্দ শোনার জন্য যে স্টেথোস্কোপ ব্যবহার করেন, তা শব্দের প্রতিফলনের মাধ্যমে কাজ করে। এটিতে শব্দ নলাকার পথে বারবার প্রতিফলনের মাধ্যমে চিকিৎসকের কানে পৌঁছায়।
- মেগাফোন বা হর্ন: মেগাফোন বা হর্নে শব্দের প্রতিফলনের মাধ্যমে শব্দকে একটি নির্দিষ্ট দিকে শক্তিশালীভাবে পাঠানো হয়।
- সোনার: সমুদ্রের গভীরতা মাপার জন্য জাহাজ থেকে সমুদ্রের নিচে শব্দ পাঠানো হয়। সেই শব্দ সমুদ্রের তলদেশে বাধা পেয়ে ফিরে এলে সময়ের হিসাব করে গভীরতা নির্ণয় করা যায়।
প্রতিধ্বনি
শব্দের প্রতিফলনের সবচেয়ে পরিচিত উদাহরণ হলো প্রতিধ্বনি। উৎস থেকে উৎপন্ন শব্দ যখন কোনো দূরবর্তী প্রতিফলকে বাধা পেয়ে ফিরে আসে এবং মূল শব্দের থেকে আলাদাভাবে শোনা যায়, তখন ঐ প্রতিফলিত শব্দকে মূল শব্দের প্রতিধ্বনি বলে।
• প্রতিধ্বনি শোনার শর্ত:
সময়ের ব্যবধান: আমাদের মস্তিষ্কে শব্দের রেশ প্রায় 0.1 সেকেন্ড পর্যন্ত থাকে। তাই প্রতিধ্বনি শুনতে হলে মূল শব্দ এবং প্রতিফলিত শব্দের ব্যবধান অন্তত 0.1 সেকেন্ড হতে হবে।
ন্যূনতম দূরত্ব: বায়ুতে শব্দের গড় বেগ 344 মি./সে. ধরলে, প্রতিফলক এবং উৎসের মধ্যে দূরত্ব অন্তত 17.2 মিটার হতে হবে।
শব্দের শ্রেণীবিভাগ
শব্দের কম্পাঙ্কের উপর ভিত্তি করে শব্দকে তিনটি ভাগে ভাগ করা যায়:
i) শ্রুতিগোচর শব্দ: যেসব শব্দের কম্পাঙ্ক 20 Hz থেকে 20,000 Hz-এর মধ্যে হয়, আমরা সেই শব্দকে শুনতে পাই, এরকম শব্দকে শ্রুতিগোচর শব্দ বলে।
- উদাহরণ: আমরা যে সমস্ত শব্দ শুনতে পাই তা সবই শ্রুতিগোচর শব্দের উদাহরণ।
ii) শব্দেতর তরঙ্গ: যেসব শব্দের কম্পাঙ্ক 20 Hz-এর কম, তাকে শব্দেতর শব্দ বলে। মানুষ এই শব্দ শুনতে পায় না।
- উদাহরণ: ভূমিকম্পের সময় সৃষ্ট তরঙ্গ, আগ্নেয়গিরির অগ্নুৎপাত, হাতি ও তিমির একে অপরের সাথে যোগাযোগের শব্দ।
iii) শব্দোত্তর তরঙ্গ: যেসব শব্দের কম্পাঙ্ক 20,000 Hz-এর বেশি, তাকে শব্দোত্তর শব্দ বলে। এই শব্দ মানুষ শুনতে না পড়লেও অনেক প্রাণী এটি শুনতে পায় এবং তৈরিও করতে পারে।
- উদাহরণ: বাদুড়, কুকুর, ডলফিন ইত্যাদি প্রাণীরা এই ধরনের শব্দ তরঙ্গ তৈরিও করতে পারে এবং শুনতেও পারে।
শব্দের ব্যবহার
শব্দ আমাদের কেবল শ্রবণের অনুভূতিই যোগায় না, আধুনিক বিজ্ঞান ও দৈনন্দিন জীবনে এর বহুমুখী ব্যবহার রয়েছে। বিশেষ করে মানুষের শ্রবণসীমার বাইরের শব্দেতর ও শব্দোত্তর শব্দগুলো প্রযুক্তিতে বিপ্লব ঘটিয়েছে।
নিচে শব্দের প্রধান ব্যবহারগুলো বিস্তারিত আলোচনা করা হলো:
প্রাণীজগতের ব্যবহার: আমরা মানুষেরা কথা বলার সময় বায়ু মাধ্যমে শব্দ তরঙ্গ পাঠিয়ে একে অপরের সাথে যোগাযোগ করি। বাদুড় অতিশয় উচ্চ কম্পাঙ্কের শব্দ তৈরি করে এবং তার প্রতিধ্বনি শুনে অন্ধকারে শিকার ধরে বা পথ চলে। একে ইকোলোকেশন বলে। ডলফিন ও তিমি জলের নিচে একে অপরের সাথে যোগাযোগ এবং খাবারের সন্ধানে শব্দেতর ও শব্দোত্তর শব্দ তরঙ্গ ব্যবহার করে। এছাড়াও আরো অন্যান্য প্রাণীরা নিজেদের মধ্যে যোগাযোগ রক্ষা, শিকার ধরা ও পথ চলার জন্য বিভিন্ন প্রকার শব্দ ব্যবহার করে থাকে।
আল্ট্রাসনোগ্রাফি: মানুষের শরীরের অভ্যন্তরীণ বিভিন্ন অঙ্গ-প্রত্যঙ্গ যেমন লিভার, কিডনি বা গর্ভস্থ শিশুর অবস্থা পর্যবেক্ষণে উচ্চ কম্পাঙ্কের শব্দোত্তর শব্দ ব্যবহার করা হয়। চিকিৎসা বিজ্ঞানের এই পদ্ধতিকে আল্ট্রাসনোগ্রাফি বলে।
সোনার (SONAR): সমুদ্রের গভীরতা মাপার জন্য এবং জলের নিচে কোনো বস্তুর অবস্থান জানতে শব্দের প্রতিফলনকে কাজে লাগানো হয়। এই প্রযুক্তিকে বলা হয় SONAR (Sound Navigation and Ranging)। এই প্রযুক্তিতে প্রথমে জাহাজ থেকে একটি শব্দ তরঙ্গ সমুদ্রের তলদেশে পাঠানো হয়। সেই শব্দ প্রতিফলিত হয়ে ফিরে আসতে কত সময় লাগছে, তা হিসাব করে সমুদ্রের গভীরতা বা কোনো জাহাজের দূরত্ব নির্ণয় করা হয়।
যন্ত্রাংশের ত্রুটি শনাক্তকরণ: বড় বড় ধাতব ব্লক বা ইঞ্জিনের ভেতরে কোনো সূক্ষ্ম ফাটল আছে কি না, তা শব্দোত্তর তরঙ্গ পাঠিয়ে পরীক্ষা করা হয়। যদি তরঙ্গ বাধা পেয়ে দ্রুত ফিরে আসে, তবে বোঝা যায় ভেতরে ফাটল আছে।
খনিজ অনুসন্ধান: মাটির নিচে বিস্ফোরণ ঘটিয়ে সৃষ্ট কম্পন বা শব্দ তরঙ্গ বিশ্লেষণ করে খনিজ তেল বা প্রাকৃতিক গ্যাসের স্তর শনাক্ত করা হয়।
প্রায়শই জিজ্ঞাসিত প্রশ্নাবলী (FAQ)
1. আল্ট্রাসনোগ্রাফিতে কোন ধরণের শব্দ ব্যবহার করা হয়?
উত্তর: আল্ট্রাসনোগ্রাফিতে শব্দোত্তর তরঙ্গ ব্যবহার করা হয়। এর কম্পাঙ্ক 20,000 হার্টজ-এর চেয়ে বেশি থাকে, যা মানুষের কান শুনতে পায় না। এটি উচ্চ কম্পাঙ্ক হওয়ায় শরীরের ভেতরের স্পষ্ট ছবি তৈরি করতে পারে।
2. শব্দের বেগ কোন মাধ্যমে সবচেয়ে বেশি?
উত্তর: শব্দের বেগ সাধারণত কঠিন মাধ্যমে সবচেয়ে বেশি হয়। কারণ কঠিন পদার্থের কণাগুলো খুব কাছাকাছি থাকে, ফলে কম্পন দ্রুত এক কণা থেকে অন্য কণায় সঞ্চালিত হতে পারে।
3. শব্দ তরঙ্গকে অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গ বলা হয় কেন?
উত্তর: শব্দ তরঙ্গ যখন কোনো মাধ্যমের মধ্য দিয়ে যায়, তখন মাধ্যমের কণাগুলো তরঙ্গের গতির অভিমুখের সাথে সমান্তরালে কম্পিত হয়। এই বিশেষ ধরনের গতির কারণেই শব্দকে অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গ বলা হয়।
4. মশা উড়লে শব্দ শোনা যায়, কিন্তু পাখি উড়লে কোনো শব্দ শোনা যায় না কেন?
উত্তর: মশা যখন ওড়ে, তখন সে প্রতি সেকেন্ডে প্রায় 300 থেকে 600 বার ডানা ঝাপটায়। অর্থাৎ মশার ডানার কম্পাঙ্ক মানুষের শ্রাব্যতার সীমা (20 থেকে 20,000 Hz) -এর মধ্যে পড়ে। তাই আমরা মশা ওড়ার গুনগুন শব্দ শুনতে পাই। অন্যদিকে, পাখি প্রতি সেকেন্ডে খুব অল্প কয়েকবার ডানা ঝাপটায়, যা সাধারণত 20 বারের অনেক কম। এই কম্পাঙ্ক 20 Hz-এর নিচে হওয়ায় এটি একটি শব্দেতর তরঙ্গ তৈরি করে, যা মানুষের কানে ধরা পড়ে না। তাই বড় পাখির ডানা ঝাপটানোর শব্দ আমরা শুনতে পাই না।
5. মেঘ ডাকার সময় 'গুরু গুরু' শব্দ বার বার শোনা যায় কেন?
উত্তর: বজ্রপাতের সময় একবার শব্দ উৎপন্ন হলেও আমরা গুরু গুরু শব্দ একটানা বা বার বার শুনতে পাই। এর কারণ হলো শব্দের একাধিক বার প্রতিফলন। বজ্রপাতের শব্দ যখন উৎপন্ন হয়, তখন তা আকাশের বিভিন্ন স্তরের মেঘ কিংবা ভূমির উঁচু পাহাড়ে বার বার বাধা পেয়ে প্রতিফলিত হয়। এই একাধিক প্রতিফলিত শব্দ আমাদের কানে ভিন্ন ভিন্ন সময়ে পৌঁছায়। ফলে একটি মাত্র বজ্রপাত হলেও আমরা দীর্ঘক্ষণ ধরে 'গুরু গুরু' শব্দ শুনতে পাই।
6. সোনিক বুম কী?
উত্তর: যখন কোনো বস্তু (যেমন সুপারসনিক যুদ্ধবিমান) শব্দের বেগের চেয়েও দ্রুত গতিতে চলে, তখন সেটি বাতাসে একটি প্রচণ্ড শক্তিশালী শক ওয়েভ তৈরি করে। একেই সোনিক বুম বলা হয়, যা শুনতে অনেকটা বিশাল বিস্ফোরণের মতো লাগে।