ध्वनीचा वेग, Speed of Sound

 ध्वनीचा वेग, Speed of Sound

आदिमानवाला स्वत:च्या संरक्षणासाठी आणि भक्ष्याचा शोध घेण्यासाठी ऐकू येणार्‍या आवाजाचा वेध घेत त्यावर आवश्यक ती कृती करणे भाग होते. त्यामुळे मानवाच्या कर्णेंद्रियांच्या गुणवत्तेत सुधारणा होत गेली. आदिमानवाला त्याच्या शोधक वृत्तीमुळे, त्या काळातील दैनंदिन वापरातील साधनांमुळे वेगवेगळ्या ध्वनींचा परिचय झाला असावा. नाला ऐकू येऊ शकतो तो आविष्कार म्हणजे 'ध्वनी' किंवा 'आवाज.' आवाज नेहमी एखाद्या वायू, द्रव किंवा घन माध्यमातील भौतिक प्रेरणांमुळे निर्माण होणार्‍या तरंगाच्या स्वरूपात असतो. हे तरंग स्थितीस्थापकतेमुळेच प्रस्थापित होतात म्हणूनच त्यांना 'ध्वनितरंग' असे म्हणतात. मानव श्रवणेंद्रियाला सुमारे १0 ते २0,000 हर्टस् या र्मयादांच्या तरंगांचाच बोध होऊ शकतो. या प्रकारच्या तरंगांना 'श्राव्यध्वनी' असे म्हणतात. 

त्यापेक्षा, म्हणजे १0 हर्टस्पेक्षा कमी कंप्रतेच्या तरंगांना अवश्राव्य ध्वनी तर २0,000 हर्टस्पेक्षा जास्त कंप्रतेच्या तरंगांना 'श्राव्यध्वनी' असे म्हणतात. प्रकाशतरंग निर्वातातून प्रसारित होतात. ध्वनितरंगाच्या प्रसारणासाठी मात्र कोणते तरी वास्तव किंवा पदार्थीय माध्यम आवश्यक असते. या माध्यमाच्या कणांमध्ये असलेल्या जडत्व आणि स्थितिस्थापकता या दोन गुणांमुळेच त्यातून ध्वनितरंगाचे प्रसारण होऊ शकते. निर्वातात ध्वनितरंग प्रस्थापित होऊ शकत नाहीत. सामान्यत: ध्वनीच्या प्रसारणाचे माध्यम 'हवा' हे आहे.

इ. स. १६३५ मध्ये पी गॉसदी यांनी दूरवर उडविलेल्या तोफेचा जाळ दिसणे आणि बार ऐकू येणे या दोन घटनांमधील कालखंड मोजून, त्यावरून ध्वनीच्या हवेतील वेगाचे मूल्य काढले. १७ व्या शतकात आयझ्ॉक न्यूटन यांनी ध्वनी हा तरंगमय आहे, हे गृहीत धरून ध्वनीच्या हवेतील वेगाचे समीकरण शोधून काढले. त्यातील त्रुटी लापलास यांनी दुरुस्त केल्या. कालांतराने पी गॉसदी यांच्या प्रयोगाच्या आधारावर पॅरिस अँकॅडमीच्या सभासदांनी १७३८ मध्ये ध्वनीचा वेग उघड्यावर मोजण्याचा प्रयोग केला.

या प्रयोगात एकमेकांपासून २८.८ कि. मी. अंतरावर असलेल्या दोन टेकड्यांवर निरीक्षक बसविण्यात आले होते. दोन्ही टेकड्यांवर आळीपाळीने तोफ डागण्यात आल्या. तोफ उडाल्यानंतर दिसणारा प्रकाश आणि आवाज निरीक्षकांनी अचूकपणे मोजला. त्यावरून ध्वनीचा वेग गणित मांडून काढला. या प्रयोगात प्रकाशवेग अर्मयाद आहे, असे गृहित धरले होते.

एच. रेनॉल्ट या शास्त्रज्ञाने या पद्धतीत वेळ मोजण्यासाठी विद्युत साधनांचा उपयोग करून सुधारणा केली. ई. एस. स्कलंगन यांनी रेनॉल्ट यांच्या पद्धतीत सुधारणा केली. त्यांनी १९१८ मध्ये वार्‍याच्या आणि हवेतील आद्र्रतेच्या प्रमाणात ध्वनीचा वेग निरनिराळा असतो, असा निष्कर्ष काढला. र्मयादित अंतर वापरून ध्वनीवेगाचे मापन या आधुनिक पद्धतीने केले आहे. या पद्धतीत ध्वनीला विशिष्ट अंतर तोडण्यासाठी किती वेळ लागला तो मोजून, त्यावरून ध्वनीवेग काढल्याने त्याला 'प्रत्यक्ष पद्धत' म्हणतात.

अप्रत्यक्ष पद्धतीचाही अवलंब शास्त्रज्ञांनी ध्वनीवेग काढण्यासाठी केला आहे. कोलॅडन आणि स्थ्यूर्न यांनी जिनिव्हा सरोवरात प्रयोग करून ध्वनीचा पाण्यातील वेग मोजला. १९१९ मध्ये मार्टी यांनी समुद्राच्या पाण्यात १३ कि. मी. खोल अंतरावर प्रयोग करून ध्वनीचा वेग निश्‍चित केला. 'नॅशनल ब्युरो स्टँडर्ड'ने जास्त विश्‍वासार्हता असलेल्या सामान्य खोलीच्या तापमानाला आवाजाचा वेग ३४४ मी/से. किंवा ७५८ मैल/से. ला मान्यता दिली आहे. आवाजाचा वेग हा तापमानावर अवलंबून असल्याने हिवाळय़ात दिवसा आवाजाचा वेग कमी असतो. म्हणजेच ३३0 मी/से. ला तर उन्हाळ्यात दिवसा आवाजाचा वेग जास्त असतो म्हणजे ३३५ मी/सें. एवढा असतो.