14.1 পরিচিতি

আগের অধ্যায়ে আমরা এমন অবজেক্টগুলির অব্যাহতি নিয়ে আলোচনা করেছি যা একা থাকলেও নিচে উত্তোলন করছে। কি ঘটে যদি এমন একটি সিস্টেমে যেখানে এই ধরনের অবজেক্টগুলির সংখ্যা অনেক হয়? একটি ম্যাটেরিয়াল মিডিয়া এমন একটি উদাহরণ যা এই ধরনের সিস্টেম তৈরি করে। এখানে এলাস্টিক বল প্রতিটি উপাদানকে একে অপরের সাথে আটকে রাখে এবং, তাই একটি উপাদানের অব্যাহতি অন্যটির উপর প্রভাব ফেলে। আপনি যদি একটি শুদ্ধ জলের পুকুরে একটি ছোট পাথর নিচু করে দেন, তবে জলের তলদেশ বিচ্ছিন্ন হয়ে যায়। এই বিচ্ছিন্নতা একটি জায়গায় সীমাবদ্ধ থাকে না, বরং একটি বৃত্তের মধ্যে বাইরে ছড়িয়ে পড়ে। আপনি যদি পুকুরে পাথর নিচু করে দেন, তবে আপনি দেখবেন যে বৃত্তগুলি দ্রুত বাইরে যাচ্ছে যেখানে জলের তলদেশ বিচ্ছিন্ন হয়েছে। এটি এমন একটি অনুভূতি দেয় যে জল বিচ্ছিন্নতার বিন্দু থেকে বাইরে চলছে। আপনি যদি বিচ্ছিন্ন তলদেশে কিছু কর্ক টুকরা রাখেন, তবে দেখা যায় যে কর্ক টুকরাগুলি উপর নিচ হয়ে যায় কিন্তু বিচ্ছিন্নতার কেন্দ্র থেকে দূরে যায় না। এটি দেখায় যে জলের মাত্রা বৃত্তের সাথে বাইরে প্রবাহিত হয় না, বরং একটি চলমান বিচ্ছিন্নতা তৈরি হয়। একই ভাবে, আমরা যখন কথা বলি, তখন শব্দ আমাদের থেকে বাইরে যায়, কিন্তু মিডিয়ার এক অংশ থেকে অন্য অংশে জাল প্রবাহ হয় না। জালে সৃষ্ট বিচ্ছিন্নতা খুব কম স্পষ্ট এবং শুধুমাত্র আমাদের কান বা একটি মাইক্রোফোন এটি সনাক্ত করতে পারে। এই ধরনের প্যাটার্নগুলি, যা মূলত মানবিক প্রবাহ বা মাত্রার সাথে সম্পর্কিত নয়, তরঙ্গ বলে হিসাব করা হয়। এই অধ্যায়ে আমরা এই ধরনের তরঙ্গগুলি নিয়ে আলোচনা করব।

তরঙ্গগুলি শক্তি প্রবাহিত করে এবং বিচ্ছিন্নতার প্যাটার্ন এক বিন্দু থেকে অন্য বিন্দুতে তথ্য প্রবাহিত করে। আমাদের সমস্ত যোগাযোগ প্রায়শই তরঙ্গের মাধ্যমে সিগন্যাল প্রবাহিত হয়। কথা বলা মানে জালে শব্দ তরঙ্গ তৈরি করা এবং শুনা মানে তাদের সনাক্তকরণ। প্রায়শই যোগাযোগে বিভিন্ন ধরনের তরঙ্গ ব্যবহার করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, শব্দ তরঙ্গগুলি প্রথমে একটি ইলেকট্রিক কারেন্স সিগন্যালে রূপান্তরিত হতে পারে যা পরে একটি ইলেকট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ তৈরি করতে পারে যা একটি অপটিক্যাল ক্যাবল বা একটি উপগ্রহের মাধ্যমে প্রবাহিত হতে পারে। মূল সিগন্যাল সনাক্ত করার প্রক্রিয়ায় প্রায়শই এই ধাপগুলি বিপরীত ক্রমে হয়।

সব তরঙ্গের জন্য একটি মিডিয়া প্রয়োজন হয় না। আমরা জানি যে আলোর তরঙ্গ শূন্যস্থান অতিক্রম করতে পারে। তারকা থেকে তৈরি তরঙ্গগুলি, যা শত বছরের পুরনো, তাদের তরঙ্গ অন্তর্তারিক অন্তর থেকে আমাদের পৌঁছায় যা প্রায়শই শূন্যস্থানের মতো হয়।

আপনার সামান্য তরঙ্গগুলির মধ্যে যেমন তারার তরঙ্গ, জলের তরঙ্গ, শব্দের তরঙ্গ, ভূচক্রাকার তরঙ্গ ইত্যাদি সবচেয়ে স্বাদিত ধরনের তরঙ্গ হল যা মেকানিক্যাল তরঙ্গ বলে হিসাব করা হয়। এই তরঙ্গগুলি প্রবাহিত করার জন্য একটি মিডিয়া প্রয়োজন এবং শূন্যস্থানে প্রবাহিত হতে পারে না। এগুলি মিডিয়ার উপাদানগুলির উত্তোলন নিয়ে আবদ্ধ এবং মিডিয়ার এলাস্টিক গুণগত বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে। আপনি ক্লাস XII থেকে যে ইলেকট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গগুলি শিখবেন তা একটি ভিন্ন ধরনের তরঙ্গ। ইলেকট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গগুলি অবশ্যই একটি মিডিয়া প্রয়োজন হয় না - এগুলি শূন্যস্থান অতিক্রম করতে পারে। আলো, রেডিও তরঙ্গ, এক্স-রে সবই ইলেকট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ। শূন্যস্থানে সব ইলেকট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের একই গতি $\mathrm{c}$, যার মান হল :

$$c=299,792,458 \mathrm{~ms}^{-1} \tag{14.1}$$

তরঙ্গের তৃতীয় ধরন হল যা ম্যাটার তরঙ্গ বলে হিসাব করা হয়। এগুলি মানবিক উপাদানগুলির সাথে সম্পর্কিত: ইলেকট্রন, প্রোটন, নিউট্রন, অ্যাটম এবং মলেকুল। এগুলি কুয়ান্টাম মেকানিক্যাল বর্ণনা যা আপনি আপনার পরের অধ্যয়ে শিখবেন। যদিও এই ধরনের তরঙ্গগুলি মেকানিক্যাল বা ইলেকট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের চেয়ে ধারণামূলকভাবে অবজেক্টিভ, তবে এগুলি ইতিমধ্যে আধুনিক প্রযুক্তির জন্য বেসিক ডিভাইসে ব্যবহার করা হয়েছে; ইলেকট্রনের সাথে সম্পর্কিত ম্যাটার তরঙ্গগুলি ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপে ব্যবহৃত হয়।

এই অধ্যায়ে আমরা মেকানিক্যাল তরঙ্গ নিয়ে আলোচনা করব যা প্রবাহিত করার জন্য একটি ম্যাটেরিয়াল মিডিয়া প্রয়োজন করে।

তরঙ্গের শিল্প ও সাহিত্যের সাথে তরঙ্গের সৌন্দর্য প্রভাব খুব প্রাচীন কাল থেকেই দেখা যায়; তবে তরঙ্গের অব্যাহতির প্রথম বৈজ্ঞানিক বিশ্লেষণ ছিল ষেডেশ শতাব্দীতে। তরঙ্গের অব্যাহতির ভৌতিক বৈজ্ঞানিক সম্পর্কে জানা কিছু বিখ্যাত বৈজ্ঞানিক ছিলেন ক্রিস্টিয়ান হিউগেন্স (1629-1695), রবার্ট হুক এবং আইজাক নিউটন। তরঙ্গের ভৌতিক বৈজ্ঞান মাত্রার উত্তোলন এবং স্প্রিংস এর মাত্রার উত্তোলন এবং সাধারণ পেনডুলামের ভৌতিক বৈজ্ঞানের ভৌতিক বৈজ্ঞান অনুসরণ করেছে। এলাস্টিক মিডিয়ায় তরঙ্গগুলি হারমোনিক উত্তোলনের সাথে তুচ্ছভাবে সম্পর্কিত। (তার তারা, কুইলড স্প্রিংস, জাল, ইত্যাদি এলাস্টিক মিডিয়ার উদাহরণ)। আমরা এই সম্পর্কটি সহজ উদাহরণের মাধ্যমে উপস্থাপন করব।

আমরা আমাদের চিত্র 14.1 এ দেখানো হয়েছে এমন একটি স্প্রিংসের সংগ্রহ বিবেচনা করুন। যদি একটি শেষের স্প্রিংটি তাৎক্ষণিকভাবে টানা এবং মুক্ত করা হয়, তবে বিচ্ছিন্নতা অন্য শেষে যায়। কিভাবে ঘটেছে? প্রথম স্প্রিং তার স্থিতিশীল দৈর্ঘ্য থেকে বিচ্ছিন্ন হয়। যেহেতু দ্বিতীয় স্প্রিং প্রথম স্প্রিংটির সাথে সংযুক্ত এবং তাই এটিও বর্ধিত বা সংকোচিত হয় এবং এইভাবে বিচ্ছিন্নতা এক শেষ থেকে অন্য শেষে চলে যায়; কিন্তু প্রতিটি স্প্রিং তার স্থিতিশীল অবস্থার পাশাপাশি ছোট উত্তোলন করে। এই পরিস্থিতির একটি ব্যবহারিক উদাহরণ হল একটি রেলওয়ে স্টেশনে একটি স্টেশনার ট্রেন। ট্রেনের বিভিন্ন বোগি একে অপরের সাথে একটি স্প্রিং কাপলিং দ্বারা সংযুক্ত থাকে। যখন একটি ইঞ্জিন একটি শেষে সংযুক্ত হয়, তখন এটি তার পাশের বোগিতে একটি ধাক্কা দেয়; এই ধাক্কা এক বোগি থেকে অন্য বোগিতে সঞ্চালিত হয় এবং সম্পূর্ণ ট্রেন মূলত স্থানান্তরিত হয় না।

চিত্র 14.1 একটি স্প্রিংসের সংগ্রহ যা একে অপরের সাথে সংযুক্ত। শেষ A তাৎক্ষণিকভাবে টানা হয়ে একটি বিচ্ছিন্নতা তৈরি করে যা পরে অন্য শেষে প্রবাহিত হয়।

এখন আমরা জালে শব্দের তরঙ্গের প্রবাহিত করার বিষয়টি বিবেচনা করি। তরঙ্গ জাল অতিক্রম করার সময় একটি ছোট জায়গার জাল সংকোচিত বা বিস্তৃত করে। এটি তার জায়গার ঘনত্বে একটি পরিবর্তন সৃষ্টি করে, বলা যাক $\delta \rho$, এই পরিবর্তন তার জায়গার শব্দে একটি পরিবর্তন $\delta p$ সৃষ্টি করে। শব্দ এক একাধিক এককের বল, তাই একটি পুনরুদ্ধার বল বিচ্ছিন্নতার সাথে সমান্তরাল হয়, যেমন একটি স্প্রিংয়ে। এই ক্ষেত্রে স্প্রিং এর সমান পরিমাণ হল ঘনত্বের পরিবর্তন। যদি একটি জায়গা সংকোচিত হয়, তবে সেখানের আণুগুলি একে অপরের সাথে প্যাক করে এবং এগুলি একে অপরের পাশের জায়গাতে বাইরে যাওয়ার প্রচেষ্টা করে, তাই পাশের জায়গায় ঘনত্ব বা সংকোচন তৈরি করে। ফলস্বরূপ, প্রথম জায়গার জাল স্বাভাবিকভাবে হয়। যদি একটি জায়গা তুলনামূলকভাবে স্বাভাবিক হয়, তবে পরিবেশের জাল স্বা�