තරංග සහ ඒවායේ යෙදීම් (Waves and Their Applications)
භෞතික විද්යාව (Physics)
නිශ්චල ජල පෘෂ්ඨයකට ගල් කැටයක් දැමූ විට එහි ඇති වන රැළිති ඔබ දැක තිබෙනු ඇත. 4.1 රූපයේ පෙන්වා ඇති ආකාරයට ගල් කැටය නිසා ඇති වුණු කැළඹීම රැළිති ලෙස ගල් කැටය වැටුණු තැන සිට ඒක කේන්ද්රික වෘත්ත ආකාරයෙන් ඈතට පැතිරී යයි.
4.1 රූපය - ජල පෘෂ්ඨයක වෘත්තාකාර රැළිති ඇති වීම
4.2 රූපයේ පෙන්වා ඇති ආකාරයට කඹයක් අල්ලා ගෙන ඉහළටත් පහළටත් ගැස්සූ විට එම කඹයේ ද රැළිති ඇතිවනු දැකිය හැකි ය. මෙහි දී ද සිදුවන්නේ අත මගින් ඇති කරන කැළඹීමක්, කඹය දිගේ ගමන් කිරීමයි. මෙහි දී අත රැළිති ඇති කරන ප්රභවය ලෙස ක්රියා කරයි.
4.2 රූපය - තිරස් ලණුවක රැළිති ඇති වීම
මෙසේ මාධ්යයක් දිගේ හෝ අවකාශයේ ගමන් කරන කැළඹීමක්, තරංගයක් ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ.
ජල පෘෂ්ඨයේ ප්ලාස්ටික් බෝලයක් වැනි වස්තුවක් තිබිය දී තරංගයක් ඇති කළේ නම් ප්ලාස්ටික් බෝලය කෙසේ චලනය වේ ද?
ජල පෘෂ්ඨයට ලම්බකව ඉහළටත් පහළටත් ප්ලාස්ටික් බෝලය චලනය වනු දැකගත හැකි ය. බෝලය ඉහළටත් පහළටත් චලනය වීමට එය වෙත ශක්තිය සම්ප්රේෂණය විය යුතු ය. මෙහි දී බෝලය වෙත ශක්තිය ලැබුණේ ජල තරංගවලිනි.
තරංගවල ඇති වැදගත් ලක්ෂණයක් වන්නේ ඒවා මගින් එක් තැනක සිට තවත් තැනකට ශක්තිය සම්පේ්රෂණය කිරීමයි. එසේ ශක්තිය සම්පේ්රෂණය වීමේ දී එම මාධ්යයේ අඩංගු ද්රව්යවල සම්ප්රේෂණයක් සිදු නොවේ.
උදාහරණයක් ලෙස, ජල පෘෂ්ඨයක් දිගේ තරංගයක් ගමන් කරන විට එක් එක් ස්ථානයේ ජල අංශු ඉහළ පහළ ගමන් කිරීමක් සිදුවුව ද තරංගය ප්රචාරණය වන දිශාවට ජල අංශු ගමන් කිරීමක් සිදු නොවේ.
තරංග චලිතය (Wave Motion)
ඉහත උදාහරණ දෙකෙහි දී සඳහන් කළ තරංග ගමන් කරන්නේ ද්රව්යමය මාධ්ය ඔස්සේ ය. ජලයේ ඇති වන තරංගවල මාධ්යය ජලය යි. ලණුව දිගේ ගමන් කරන තරංගවල මාධ්යය ලණුව සෑදී ඇති ද්රව්යය යි. මාධ්යය සෑදී ඇති අංශු තරංග සමග ගමන් නොකල ද එම එක් එක් මාධ්යයේ අංශුවල සිදු වන චලිතය මගින් මාධ්යය හරහා තරංග ලෙස ශක්තිය සම්පේ්රෂණය වේ. ඉහත මාධ්ය හැරෙන්නට තවත් නොයෙකුත් මාධ්ය හරහා තරංග සම්පේ්රෂණය වෙයි.
අපට නොයෙකුත් ශබ්ද ඇසෙන්නේ වාතය හරහා ගමන් කරන ධ්වනි තරංග මගින් ය. ධ්වනිය වාතය හරහා පමණක් නොව ද්රව සහ ඝන මාධ්ය හරහා ද ගමන් කරයි.
ද්රව්යමය මාධ්ය දිගේ ගමන් කරන තරංගවලට අමතරව ද්රව්යමය මාධ්යයක් රහිතව ගමන් කරන තරංග ද ඇත. ආලෝකය එවැනි තරංග සඳහා උදාහරණයකි. සූර්යයා සහ පොළොව අතර වාතය වැනි ද්රව්යයමය මාධ්යයක් රහිත ප්රදේශයක් පිහිටිය ද සූර්යයාගේ සිට පොළොවට ආලෝකය සහ තාපය ලැබේ. ආලෝකය සහ තාපය ගමන් කරන්නේ විද්යුත් චුම්බක තරංග ආකාරයට වන අතර, විද්යුත් චුම්බක තරංග ගමන් කිරීමට ද්රව්යමය මාධ්යයක් අවශ්ය නොවේ.
ගුවන් විදුලි තරංග ද විද්යුත් චුම්බක තරංග වේ. ගුවන් විදුලි විකාශනාගාරයකින් විකාශනය කෙරෙන ගුවන් විදුලි වැඩසටහන් ගුවන් විදුලි තරංග මගින් ඔබේ නිවසේ ගුවන් විදුලි යන්ත්රය වෙතට පැමිණෙන්නේ වාතය හරහා වුවද ගුවන් විදුලි තරංග සම්ප්රේෂණය සදහා වාතය අවශ්ය නොවේ.
යාන්ත්රික තරංග (Mechanical Waves)
ස්ලින්කියක් මගින් තරංග චලිතය ආදර්ශනය කළ හැකි ය. ස්ලින්කියක් යනු වානේ කම්බියකින් තැනූ දඟරයකි. ස්ලින්කියක ඡුායා රූපයක් 4.3 රූපයේ දැක්වේ.
4.3 රූපය - ස්ලින්කියක්
ස්ලින්කියක් මගින් තරංග ආදර්ශනය කිරීම සඳහා 4.1 ක්රියාකාරකමෙහි යෙදෙමු.
4.1 ක්රියාකාරකම (Activity 4.1)
අවශ්ය ද්රව්ය : ස්ලින්කියක්
- 4.4 රූපයේ පෙන්වා ඇති ආකාරයට දිග මේසයක් මත ස්ලින්කියක් තබන්න.
- ස්ලින්කියේ එක් කෙළවරක් අතින් අල්ලා මේසයේ තලය මත දෙපසට චලනය කරන්න.
- එවිට 4.4 රූපයේ පෙන්වා ඇති ආකාරයට ස්ලින්කිය දිගේ තරංගයක් ගමන් කරන බව ඔබට දැක ගත හැකිවනු ඇත.
4.4 රූපය - ස්ලින්කියක් මගින් තරංග ආදර්ශනය කිරීම
ස්ලින්කිය දිගේ ගමන් කරන තරංගය, ප්රචාරණය සඳහා ද්රව්යමය මාධ්යයක් අවශ්ය වන තරංගයකට උදාහරණයකි. ප්රචාරණය සඳහා මාධ්යයක් අවශ්ය වන එවැනි තරංග හඳුන්වන්නේ යාන්ත්රික තරංග ලෙස ය. ජල පෘෂ්ඨය මත ඇති වන තරංග, වාතය තුළ ඇතිවන ධ්වනි තරංග සහ ගිටාරයක තන්තුවක් පෙළීමේ දී එය මත ඇතිවන තරංග යාන්ති්රක තරංග සඳහා උදාහරණ කිහිපයකි.
යාන්ත්රික තරංග චලිතය සඳහා මාධ්ය අංශුවල සහභාගිත්වය අත්යවශ්ය වේ. මාධ්ය අංශු චලනය වන දිශාව සහ තරංගය ගමන් කරන දිශාව පදනම් කරගෙන යාන්ත්රික තරංග වර්ග දෙකකට බෙදිය හැකි ය.
- තීර්යක් තරංග (Transverse Waves)
- අන්වායාම තරංග (Longitudinal Waves)
4.1.1 තිර්යක් තරංග (Transverse Waves)
4.2 ක්රියාකාරකම (Activity 4.2)
අවශ්ය ද්රව්ය : ස්ලින්කියක්, රිබන් පටි කැබලි කිහිපයක්
- ස්ලින්කියේ පොටවල් කිහිපයක කුඩා රිබන් පටි කැබැලි ගැට ගසා 4.1 ක්රියාකාරකමේදී පරිදිම චලනය කරන්න.
- එහි එක් එක් රිබන් පටිය චලනය වන ආකාරය නිරීක්ෂණය කරන්න.
4.5 රූපය - ස්ලින්කියට ගැට ගැසූ රිබන් පටිවල චලිතය නිරීක්ෂණය කිරීම
මෙහි දී තරංගය ගමන් කරන්නේ අතින් අල්ලා ගෙන ඇති කෙළවරේ සිට අනෙක් කෙළවර දිශාවට ය. රිබන් පටි ගැට ගැසූ ස්ථාන චලනය වන දිශාවට ලම්බ දිශාවක් ඔස්සේ තරංගය ගමන් කරනු ඔබට පැහැදිලිව දැක ගත හැකි ය. මෙවැනි, මාධ්ය අංශු චලනය වන දිශාවට ලම්බක අතට ප්රචාරණය වන තරංග, තීර්යක් තරංග ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ. එම නිසා මෙම තරංගය තීර්යක් තරංගයකි.
නිශ්චල ජල පෘෂ්ඨයකට ගල් කැටයක් වැනි වස්තුවක් දැමූ විට ඇති වන තරංග ප්රචාරණයේ දී මාධ්ය අංශු වන ජල අංශු එක්තරා පරාසයක් තුළ ඉහළටත් පහළටත් චලනය වන අතර තරංග පැතිරී යන්නේ එම ජල අංශුවල චලිතයේ දිශාවට ලම්බක දිශාවකට ය.
ජල පෘෂ්ඨයේ ප්ලාස්ටික් බෝලයක් වැනි සැහැල්ලූ වස්තුවක් තබා ජලයෙහි කිසියම් ස්ථානයක් කලඹන විට එම පාවෙන වස්තුව ඉහළටත් පහළටත් චලනය වන බව අපි මුලදී සඳහන් කළෙමු. පාවෙන වස්තුව ඉහළටත් පහළටත් චලනය වන්නේ පාවෙන වස්තුව මත ජල අංශු මඟින් ඉහළටත් පහළටත් බලයක් යෙදෙන නිසා ය. එමගින් ජල අංශු ඉහළටත් පහළටත් චලනය කෙරෙයි. එවිට තරංගය පැතිරී යන්නේ ඊට ලම්බක දිශාවකටයි. ඒ නිසා ජල පෘෂ්ඨයේ ගමන් කරන තරංග ද තීර්යක් තරංග වේ.
4.6 රූපය - තීර්යක් තරංගයක අංශු චලනය වන ආකාරය
4.6 රූපයේ පෙන්වා ඇති ආකාරයට තීර්යක් තරංගයක තරංගය ප්රචාරණය වන දිශාවට ලම්බකව අංශු කම්පනය වේ.
දී ඇති එක් මොහොතක දී ජල තරංගයක හරස්කඩක් පෙනෙන අයුරු 4.7 රූපයෙන් දැක්වේ. එහි පෙන්වන්නේ එම මොහොතේ දී ජල අංශු චලනය වෙමින් පවතින දිශාව යි.
4.7 රූපය - ජල තරංගයක හරස්කඩක්
මෙහි ් සහ ඊ ලක්ෂ්යවල ඇති අංශු, ඉහළ දිශාවට ගමන් කළ හැකි උපරිම දුර ගමන් කර ඇති අංශු ය. තරංගයක එවැනි ස්ථාන ශීර්ෂ ලෙස හැඳින්වේ. ක් හා ෘ හි ඇති අංශු පහළ දිශාවට උපරිම දුර ගමන් කර ඇති අංශු ය. තරංගයක එවැනි ස්ථාන නිම්න ලෙස හැඳින්වේ.
4.8 රූපයේ පෙන්වා ඇති ආකාරයට තන්තුවක් ඉහළට හා පහළට ගැස්සීමේ දී එම තන්තුවේ හට ගන්නා තරංග ද අයත් වන්නේ තීර්යක් තරංග ගණයට ය.
4.8 රූපය - තන්තුවක තීර්යක් තරංග හටගැනීම
4.1.2 අන්වායාම තරංග (Longitudinal Waves)
4.3 ක්රියාකාරකම (Activity 4.3)
අවශ්ය ද්රව්ය : ස්ලින්කියක්, රිබන් පටියක්
- ස්ලින්කියක් මේසයක් මත තබා එක් කෙළවරක් මේසයට සවි කරන්න. ඉන් පසු 4.9 රූපයේ පෙන්වා ඇති පරිදි අනෙක් කෙළවර අතින් ඉදිරියට පසු පසට චලනය කරන්න.
- නිදහස් කෙළවර ඉදිරියට තල්ලූ කරන විට එම කෙළවරේ ඇති පොටවල් තෙරපෙයි. මෙය සම්පීඩනයක් වශයෙන් හඳුන්වනු ලැබේ. අත පසුපසට චලනය කරන විට පොටවල් එකිනෙකට දුරස් වේ. එය විරලනයක් වශයෙන් හඳුන්වනු ලැබේ.
4.9 රූපය - ස්ලින්කියක් මගින් අන්වායාම තරංග චලිතය ආදර්ශනය
මෙසේ ස්ලින්කිය ඉදිරියට තල්ලූ වන විට සම්පීඩන සෑදෙමින් ද පසුපසට තල්ලූ වන විට සම්පීඩන ස්ථානයේ විරලනයක් සෑදෙමින් ද 4.9 රූපයේ පරිදි තරංග චලිතයන් සිදු වේ. ස්ලින්කියේ ගැට ගැසූ පටිය ඉදිරියට සහ ආපස්සට චලනය වීම ඔබට නිරීක්ෂණය කළ හැකි ය. අනෙකුත් දඟර ද එපරිද්දෙන්ම චලනය වේ.
තරංගය ගමන් කරන දිශාවට සමාන්තරව මාධ්ය අංශු දෝලනය වන්නේ නම් එවැනි තරංග අන්වායාම තරංග ලෙස හැඳින්වේ.
ස්ලින්කිය දිගේ ගමන් කරන තරංග අන්වායාම තරංග බව ඔබට පෙනෙනු ඇත. සරසුලක් නාදකොට එහි දැත්තක් ඔබේ ඇගිලි තුඩින් ස්පර්ශ කරන්න. එවිට ඇගිලි තුඩට ම`ද දෙදරුමක් දැනෙයි. ඊට හේතුව සරසුල් දැත්ත මාරුවෙන් මාරුවට ඇගිලි තුඩෙහි ගැටීමත් ඉන් ඉවත් වීමත් ය. නාදවන සරසුලෙහි ඇති වන ඔබ මොබ චලිතය කම්පන යනුවෙන් හඳුන්වනු ලැබේ.
ධ්වනිය හටගන්නේ මෙබඳු කම්පන හේතුවෙනි. එම කම්පන නිසා හටගන්නා තරංග මගින් අපගේ ශ්රවණ සංවේදන ඇති කරයි. ශ්රවණ සංවේදනය ඇති කරන මෙම තරංග ධ්වනි තරංග ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ. වාතය තුළ හටගන්නා ධ්වනි තරංග අන්වායාම තරංගවලට උදාහරණයකි.
| තීර්යක් තරංග (Transverse Waves) | අන්වායාම තරංග (Longitudinal Waves) | |
|---|---|---|
| අංශු චලනය (Particle Motion) | තරංගය චලනය වන දිශාවට ලම්බකව අංශු චලනය වේ. | තරංගය චලනය වන දිශාවට සමාන්තරව අංශු චලනය වේ. |
| ප්රචාරණය (Propagation) | ඝන හා ද්රව පෘෂ්ඨ මත හෝ ලණු, කම්බි ආදිය දිගේ ප්රචාරණය වේ. | ඝන, ද්රව සහ වායු හරහා ප්රචාරණය වේ. |
| උදාහරණ (Examples) | ජල තරංග (Water Waves) | ධ්වනි තරංග (Sound Waves) |
4.1.3 තරංග චලිතය හා සම්බන්ධ භෞතික රාශි (Physical Quantities Related to Wave Motion)
තරංගයක් යනු එක් ස්ථානයක සිට තවත් ස්ථානයක් දක්වා ගමන් කරන කැළඹීමකි. එම නිසා කාලය සහ දුර යන රාශි දෙක ම සම`ග අංශුවල සිදු වන විචලන තරංගවල අඩංගු වෙයි. ස්වභාවයේ අපට දකින්නට ලැබෙන තරංගවල බොහෝ විට මෙම විචලන ඉතා සංකීර්ණ ආකාරවල විචලන යි. නමුත්, මෙම පාඩමේ දී අප සලකන්නේ ඉතාමත් ම සරල ආකාරයේ තරංග වන සයිනාකාර තරංග නමින් හැඳින්වෙන තරංග පිළිබඳ ව පමණකි.
4.10 රූපයේ පෙන්වා ඇති ප්රස්තාරයේ දක්වා ඇත්තේ තරංග චලිතයට සහභාගි වන එක් අංශුවක, එහි මධ්ය පිහිටීමේ සිට විස්ථාපනය, කාලය සම`ග විචලනය වන ආකාරය යි. උදාහරණයක් ලෙස කාලය එද වන විට එම අංශුවේ විස්ථාපනය ශුන්ය වේ. කාලයත් සමග මෙම අංශුවේ විස්ථාපනය ක්රමයෙන් වැඩි වී එහි දී උපරිම ධන විස්ථාපනයක් ලබයි. ඉන්පසු ක්රමයෙන් විස්ථාපනය අඩු වී එහි දී නැවත ශුන්ය වී ඍණ දිශාවට විස්ථාපනය වීමට පටන් ගනියි. කාලය එහි වන විට උපරිම ඍණ විස්ථාපනයක් ගන්නා එම අංශුවේ විස්ථාපනය එහි දී නැවත ශුන්ය වේ. කාලයත් සමග මෙම චලිතය නැවත නැවතත් සිදු වේ. අංශුව එද සිට එහි දක්වා සිදු කරන චලිතය එක් දෝලනයක් ලෙස හැඳින්වේ.
4.10 රූපය - අංශුවේ විස්ථාපනය, කාලය සමඟ විචලනය වන ආකාරය
4.11 ප්රස්තාරයේ දක්වා ඇත්තේ එක් මොහොතක දී තරංග චලිතයට සහභාගී වන සියලූ ම අංශුවල, ඒවායේ මධ්ය පිහිටීමේ සිට විස්ථාපනය එම එක් එක් අංශුවට ප්රභවයේ සිට ඇති දුර සමඟ විචලනය වන ආකාරයයි.
4.11 රූපය - එක් එක් අංශුවේ විස්ථාපනය, එක් එක් අංශුවට ප්රභවයේ සිට ඇති දුර සමඟ විචලනය
කඹයක් දිගේ ගමන් කරන තරංග වැනි තීර්යක් තරංගවල දී එක් මොහොතක දී අපට පෙනෙන තරංග හැඩය, ප්රභවයේ සිට ඇති දුර සමග විස්ථාපනය වෙනස් වන ආකාරය පෙන්වන ප්රස්තාරය ම වෙයි. අන්වායාම තරංග සඳහා ද දුර සමග විස්ථාපනය වෙනස් වන ආකාරය 4.11 රූපයේ පෙන්වා ඇති ආකාරයේ ප්රස්තාරයකින් දැක්විය හැකි ය.
මෙම ප්රස්තාර ඇසුරෙන් අපට තරංග ආශ්රිත රාශීන් කිහිපයක් අර්ථ දැක්විය හැකි ය.
- තරංගයක විස්තාරය (Amplitude): තරංග චලිතයට සහභාගී වන අංශු විසින් මධ්ය පිහිටුමේ සිට සිදු කරන උපරිම විස්ථාපනය තරංගයක විස්තාරය ලෙස හැඳින්වේ.
- තරංග ආයාමය (Wavelength): තරංග චලිතයට සහභාගි වන එක් අංශුවක සිට එම චලිත ස්වභාවයේ ම පවතින ආසන්නතම අනෙක් අංශුවට ඇති දුර තරංග ආයාමය (λ) ලෙස හැඳින්වෙයි. උදාහරණයක් ලෙස 4.11 රූපයේ එක් ශීර්ෂයක/ නිම්නයක ඇති අංශුවක් එම අංශුවේ ධන හෝ ඍණ දිශාවේ උපරිම විස්ථාපනයට පැමිණ ඇත. ඊළඟ ශීර්ෂයේ/ නිම්නයේ ඇති අංශුවක් පවතින්නේ ද එම චලිත ස්වභාවයේ ම ය. එබැවින් එම අංශු දෙක අතර දුර එනම්, අනුයාත ශීර්ෂ දෙකක් අතර දුර තරංග ආයාමයට සමාන වෙයි. තවද අනුයාත නිම්න දෙකක් අතර දුර ද තරංග ආයාමයට සමාන වෙයි.
- ආවර්ත කාලය (Period): එක් අංශුවක් විසින් සම්පූර්ණ දෝලනයක් සිදු කිරීම සඳහා ගත කරන කාලය ආවර්ත කාලය (T) නමින් හැදින්වේ. තරංගයක් එහි තරංග ආයාමයට සමාන දුරක් ගමන් කිරීම සඳහා ගත කරන කාලය ද ආවර්ත කාලයට සමාන වෙයි (4.10 රූපය).
- සංඛ්යාතය (Frequency): එක් අංශුවක් විසින් ඒකක කාලයක දී සිදු කරන දෝලන සංඛ්යාව සංඛ්යාතය (f) නමින් හැඳින්වෙයි. සංඛ්යාතය ආවර්ත කාලයේ පරස්පරය (1/T)ට සමාන ය. සංඛ්යාතය මැනීම සඳහා භාවිත වන ඒකකය හර්ට්ස් (Hz) ලෙස හැඳින්වෙන අතර හර්ට්ස් එකක් තත්පරයට දෝලන එකක් ලෙස අර්ථ දැක්වෙයි.
f = 1 / T
- වේගය (Speed): තරංගයක් එක් ආවර්ත කාලයක් (T) තුළ දී තරංග ආයාමයට සමාන දුරක් ගමන් කරයි. එ නිසා එහි වේගය v = λ / T නැතහොත් v = f λ වෙයි.
