Class 9 Science Chapter 12: Sound, designed for effective revision and exam preparation.

Table of Contents

Class 9 Science – Chapter 12: Sound – Revision Notes

Chapter at a Glance

This chapter deals with the production, propagation, and reflection of sound. It explains the nature of sound waves, their characteristics, and how the human ear perceives them. It also covers topics like ultrasound, sonar, and noise pollution.

Part 1: Key Concepts & Definitions

1. Sound:

Sound is a form of energy that produces a sensation of hearing in our ears.
It is a mechanical wave that requires a medium (solid, liquid, or gas) for its propagation.

2. Production of Sound:

Sound is produced by vibrating objects.
Example: The vibrating string of a guitar, vibrating vocal cords in humans.

3. Wave:

A wave is a disturbance that moves through a medium by transferring energy from one particle to another without transferring matter.

4. Types of Waves:

Transverse Wave: A wave in which the particles of the medium vibrate perpendicular to the direction of wave propagation.
- Example: Light waves, waves on a string.
- Crest: The highest point of a wave. Trough: The lowest point.
Longitudinal Wave: A wave in which the particles of the medium vibrate parallel to the direction of wave propagation.
- Example: Sound waves.
- Compression: The region where particles are close together (high pressure).
- Rarefaction: The region where particles are spread apart (low pressure).

5. Characteristics of a Sound Wave:

Frequency (ν): The number of complete oscillations per second.
- SI Unit: Hertz (Hz).
- Determines the pitch of the sound (high frequency = high pitch).
Amplitude (A): The magnitude of maximum displacement of a vibrating particle from its mean position.
- Determines the loudness of the sound (larger amplitude = louder sound).
Time Period (T): The time taken to complete one oscillation.
- T = 1 / ν
Wavelength (λ): The distance between two consecutive compressions or rarefactions (longitudinal) or two consecutive crests or troughs (transverse).
- SI Unit: metre (m).

6. Speed of Sound (v):

The speed with which sound travels through a medium.
v = ν × λ (Speed = Frequency × Wavelength)
Speed of sound in air at 20°C is approximately 344 m/s.
The speed of sound is highest in solids, followed by liquids, and slowest in gases.

7. Reflection of Sound (Echo):

The phenomenon of a sound wave bouncing off a hard surface and being heard again is called an echo.
To hear a distinct echo, the minimum distance between the source and the reflecting surface should be 17.2 m (in air at 25°C). This is because the persistence of human hearing is 0.1 seconds.

8. Range of Hearing:

Humans can hear sounds in the frequency range of 20 Hz to 20,000 Hz.
- Audible Range: 20 Hz – 20,000 Hz
- Infrasonic Sound: Sound waves with frequency below 20 Hz (e.g., sounds produced by earthquakes, elephants).
- Ultrasonic Sound: Sound waves with frequency above 20,000 Hz (e.g., sounds produced by bats, dolphins, used in sonar).

9. SONAR (Sound Navigation and Ranging):

A technology used to determine the distance, direction, and speed of underwater objects.
Principle: It uses ultrasonic waves and their reflection (echo).
Formula: 2d = v × t (where d = distance to object, v = speed of sound in water, t = time taken for echo to return).

10. Human Ear:

The outer ear (pinna) collects sound waves and directs them into the ear canal.
The eardrum vibrates in response to sound waves.
These vibrations are amplified by the bones in the middle ear and converted into electrical signals in the inner ear (cochlea), which are sent to the brain.

11. Noise Pollution:

The presence of excessive or unwanted sounds in the environment is called noise pollution.
Sources: Vehicles, loudspeakers, construction sites, industrial machinery.
Harmful Effects:
- Health: Lack of sleep, hypertension (high blood pressure), anxiety, hearing loss.
- Psychological: Stress, irritability, lack of concentration.

Part 2: Important Formulas

Wave Speed: v = ν × λ
Frequency & Time Period: ν = 1 / T or T = 1 / ν
SONAR (Echo): 2d = v × t => d = (v × t) / 2

Part 3: Important Questions for Revision

Very Short Answer Questions (1 Mark)

What type of wave is a sound wave?
- Answer: Longitudinal wave.
What is the audible range of the human ear?
- Answer: 20 Hz to 20,000 Hz.
What is the SI unit of frequency?
- Answer: Hertz (Hz).
What is the minimum distance required to hear an echo?
- Answer: 17.2 metres (under normal conditions).
What is the full form of SONAR?
- Answer: Sound Navigation and Ranging.

Short Answer Questions-I (2 Marks)

Why are the ceilings of concert halls curved?
- Answer: The curved ceilings of concert halls are designed to reflect sound waves evenly across the entire hall. This prevents the formation of echoes and ensures that the sound reaches every listener clearly, a phenomenon known as sound focusing.
A sound wave has a frequency of 2 kHz and a wavelength of 35 cm. How long will it take to travel 1.5 km?
- Answer:
  - Convert units: wavelength, λ = 35 cm = 0.35 m; distance, s = 1.5 km = 1500 m
  - Frequency, ν = 2 kHz = 2000 Hz
  - Speed of sound, v = ν × λ = 2000 Hz × 0.35 m = 700 m/s
  - Time taken, t = distance / speed = 1500 m / 700 m/s ≈ 2.14 seconds
Explain how bats use ultrasound to catch their prey.
- Answer: Bats emit high-frequency ultrasonic squeaks. These sound waves travel forward, hit an obstacle or prey, and reflect back as an echo. The bat listens to these echoes and calculates the distance, direction, and nature of the object, allowing it to navigate and hunt in the dark. This process is called echolocation.

Short Answer Questions-II (3 Marks)

A ship sends out a sonar signal that returns from the seabed after 2.4 seconds. If the speed of sound in water is 1500 m/s, calculate the depth of the seabed.
- Answer:
  - Time taken for echo to return, t = 2.4 s
  - Speed of sound in water, v = 1500 m/s
  - Let the depth of the seabed be d.
  - Total distance travelled by sound = 2d (to the seabed and back)
  - From formula, 2d = v × t
  - 2d = 1500 m/s × 2.4 s
  - 2d = 3600 m
  - d = 3600 / 2 = 1800 m
  - The depth of the seabed is 1800 metres.
List three sources of noise pollution in your surroundings. State three harmful effects of noise pollution.
- Answer:
  - Sources:
    1. Honking of horns from vehicles on the road.
    2. Loud music from speakers during events or festivals.
    3. Noise from construction sites (e.g., drilling, hammering).
  - Harmful Effects:
    1. Hearing Loss: Prolonged exposure to loud noise can cause permanent damage to hearing.
    2. Health Issues: Can lead to stress, high blood pressure, and heart problems.
    3. Sleep Disturbance: Causes insomnia and lack of proper rest.

Long Answer Questions (5 Marks)

a) What is reverberation? How can it be reduced?
b) Draw a diagram showing the structure of the human ear and label the following parts: pinna, eardrum, cochlea.
- Answer:
  - a) Reverberation is the persistence of sound in an enclosed space due to repeated reflections from the walls, even after the source has stopped emitting sound. It causes the sound to become blurred and distorted.
    - How to reduce it: It can be reduced by using sound-absorbing materials on the walls and ceilings of buildings, such as curtains, carpets, foam pads, and acoustic panels. These materials absorb the sound energy instead of reflecting it.
  - b)(A simple labeled diagram should be drawn)
    - Pinna: The outer part of the ear that collects sound waves.
    - Eardrum (Tympanic Membrane): A thin membrane that vibrates when sound waves hit it.
    - Cochlea: A spiral-shaped organ in the inner ear that converts sound vibrations into electrical signals for the brain.
Differentiate between transverse and longitudinal waves. Give two examples of each.
- Answer:

Transverse Waves	Longitudinal Waves
Particles of the medium vibrate perpendicular to the direction of wave propagation.	Particles of the medium vibrate parallel to the direction of wave propagation.
They consist of crests and troughs.	They consist of compressions and rarefactions.
Example 1: Light waves.	Example 1: Sound waves.
Example 2: Waves on a string or water surface.	Example 2: Waves in a spring when pushed and pulled.

Part 4: Tips for Exam

Memorize the differences between transverse and longitudinal waves with examples.
Practice numerical problems based on the formulas v = ν × λ and the SONAR formula d = (v × t)/2.
Learn the definitions of key terms like echo, reverberation, audible range, infrasound, and ultrasound.
For questions on noise pollution, prepare a list of sources, effects, and control measures.
Understand the working of the human ear and be able to label a simple diagram.

Good luck with your exams! Revise the concepts thoroughly and practice numerical problems regularly.

Class 9 Science Chapter 12: Sound (ध्वनि), designed for effective revision and exam preparation.

कक्षा 9 विज्ञान – अध्याय 12: ध्वनि – संक्षिप्त नोट्स

अध्याय का सारांश

यह अध्याय ध्वनि के उत्पादन, संचरण और अवशोषण से संबंधित है। इसमें ध्वनि तरंगों की प्रकृति, उनके गुण और मानव कान द्वारा ध्वनि की धारणा की व्याख्या की गई है।

भाग 1: मुख्य अवधारणाएँ एवं परिभाषाएँ

1. ध्वनि (Sound):

ध्वनि एक प्रकार की ऊर्जा है जो हमें सुनाई देती है।
यह यांत्रिक तरंग (mechanical wave) है, जिसके संचरण के लिए माध्यम (medium) की आवश्यकता होती है।

2. ध्वनि का उत्पादन:

ध्वनि कंपनशील वस्तुओं (vibrating objects) द्वारा उत्पन्न होती है।
उदाहरण: बजती हुई गिटार की तार, बोलते समय कंपन करते हुए स्वर तंत्रिकाएँ (vocal cords)।

3. तरंग (Wave):

तरंग एक विक्षोभ (disturbance) है जो ऊर्जा को एक स्थान से दूसरे स्थान तक स्थानांतरित करती है, बिना द्रव्यमान के स्थानांतरण के।

4. तरंगों के प्रकार:

अनुप्रस्थ तरंग (Transverse Wave): जिसमें माध्यम के कण तरंग संचरण की दिशा के लंबवत कंपन करते हैं।
- उदाहरण: प्रकाश तरंग, डोरी पर तरंग।
- शृंग (Crest): उच्चतम बिंदु। गर्त (Trough): निम्नतम बिंदु।
अनुदैर्ध्य तरंग (Longitudinal Wave): जिसमें माध्यम के कण तरंग संचरण की दिशा के समानांतर कंपन करते हैं।
- उदाहरण: ध्वनि तरंग।
- संपीडन (Compression): वह क्षेत्र जहाँ कण पास-पास होते हैं (उच्च दाब)।
- विरलन (Rarefaction): वह क्षेत्र जहाँ कण दूर-दूर होते हैं (निम्न दाब)।

5. तरंग की विशेषताएँ (Characteristics of a Wave):

आवृत्ति (Frequency, ν): एक सेकंड में होने वाले दोलनों (oscillations) की संख्या।
- SI मात्रक: हर्ट्ज़ (Hz)।
आयाम (Amplitude, A): माध्य स्थिति से कण का अधिकतम विस्थापन।
- लाउडनेस (तीव्रता/प्रबलता) इस पर निर्भर करती है।
आवर्तकाल (Time Period, T): एक पूर्ण दोलन होने में लगा समय।
- T = 1 / ν
तरंगदैर्ध्य (Wavelength, λ): दो क्रमागत शृंगों या गर्तों (अनुप्रस्थ) अथवा दो क्रमागत संपीडनों या विरलनों (अनुदैर्ध्य) के बीच की दूरी।
- SI मात्रक: मीटर (m)।

6. ध्वनि का संचरण:

ध्वनि ठोस, द्रव और गैस तीनों माध्यमों से होकर गुजर सकती है।
यह निर्वात (vacuum) में संचरित नहीं हो सकती क्योंकि इसे कणों की कंपन गति की आवश्यकता होती है।
संचरण का वेग: ठोस > द्रव > गैस

7. ध्वनि का वेग (Speed of Sound, v):

v = ν × λ (वेग = आवृत्ति × तरंगदैर्ध्य)
वायु में ध्वनि का वेग लगभग 344 m/s (20°C पर) होता है।

8. परावर्तन of Sound (Echo):

जब ध्वनि तरंगें किसी बाधा (जैसे पहाड़, इमारत) से टकराकर वापस लौटती हैं, तो इस परावर्तित ध्वनि को गूँज (Echo) कहते हैं।
गूँज सुनने के लिए श्रोता और परावर्तक सतह के बीच न्यूनतम दूरी 17.2 m (वायु में) होनी चाहिए।

9. मनुष्य द्वारा ध्वनि का श्रवण:

मानव कान 20 Hz से 20,000 Hz की आवृत्तियों वाली ध्वनियों को सुन सकता है।
श्रव्य परास (Audible Range): 20 Hz – 20,000 Hz
अवश्रव्य ध्वनि (Infrasonic Sound): 20 Hz से कम आवृत्ति (जैसे, हाथी द्वारा उत्पन्न ध्वनि)।
पराश्रव्य ध्वनि (Ultrasonic Sound): 20,000 Hz से अधिक आवृत्ति (जैसे, चमगादड़ द्वारा उत्पन्न ध्वनि, सोनार)।

10. सोनार (SONAR – Sound Navigation and Ranging):

यह एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग पानी के अंदर वस्तुओं की दूरी, दिशा और गति ज्ञात करने के लिए किया जाता है।
सिद्धांत: ध्वनि तरंगों के परावर्तन (Echo) का।
सूत्र: 2d = v × t (जहाँ d = दूरी, v = ध्वनि का जल में वेग, t = प्रेषण और अभिग्रहण के बीच का समय)।

11. ध्वनि के अवांछित Effects:

शोर (Noise): अनियमित और अवांछित ध्वनि जो कष्टप्रद होती है।
ध्वनि प्रदूषण (Noise Pollution): अत्यधिक और हानिकारक स्तर का शोर।

12. ध्वनि प्रदूषण के हानिकारक प्रभाव:

चिंता, तनाव, उच्च रक्तचाप।
सुनने की शक्ति का ह्रास।
अनिद्रा (नींद न आना)।

भाग 2: महत्वपूर्ण सूत्र

तरंग का वेग: v = ν × λ
आवृत्ति और आवर्तकाल का संबंध: ν = 1 / T या T = 1 / ν
सोनार में दूरी ज्ञात करना: 2d = v × t => d = (v × t) / 2

भाग 3: पुनरावृत्ति के लिए महत्वपूर्ण प्रश्न

अति लघु उत्तरीय प्रश्न (1 अंक)

ध्वनि तरंगें किस प्रकार की तरंगें हैं?
- उत्तर: अनुदैर्ध्य तरंगें (Longitudinal waves)।
मानव के श्रवण का परास क्या है?
- उत्तर: 20 Hz से 20,000 Hz।
शोर तथा संगीत में क्या अंतर है?
- उत्तर: शोर अनियमित और अवांछित ध्वनि है जबकि संगीत मधुर और सुखद अनुभूति देने वाली ध्वनि है।
ध्वनि की तीव्रता किस पर निर्भर करती है?
- उत्तर: ध्वनि के आयाम (Amplitude) पर।
सोनार में किस प्रकार की ध्वनि तरंगों का उपयोग किया जाता है?
- उत्तर: पराश्रव्य ध्वनि तरंगों (Ultrasonic sound waves) का।

लघु उत्तरीय प्रश्न-I (2 अंक)

ध्वनि के परावर्तन के एक practical application का वर्णन कीजिए।
- उत्तर: सोनार (SONAR): इसका उपयोग जहाजों और पनडुब्बियों द्वारा समुद्र की गहराई नापने या जल में छिपी वस्तुओं का पता लगाने के लिए किया जाता है। इसमें जल में पराश्रव्य तरंगें भेजी जाती हैं और उनकी गूँज (echo) को ग्रहण किया जाता है। गूँज आने में लगे समय से वस्तु की दूरी की गणना की जाती है।
माचिस की डिब्बी की आवाज़ दूर खड़े व्यक्ति को सुनाई नहीं देती, जबकि उसी स्थान पर खड़े व्यक्ति की आवाज़ सुनाई देती है। क्यों?
- उत्तर: माचिस की डिब्बी की आवाज़ की आवृत्ति (frequency) अधिक और तरंगदैर्ध्य (wavelength) कम होती है, जिसके कारण यह वायु में शीघ्र ही क्षीण हो जाती है। दूसरी ओर, मनुष्य की आवाज़ की आवृत्ति कम और तरंगदैर्ध्य अधिक होती है, जो अधिक दूरी तय कर पाती है और क्षीण होने में अधिक समय लेती है।
तूफान की चेतावनी देने वाले उपकरण अवश्रव्य ध्वनि उत्पन्न करते हैं, क्यों?
- उत्तर: अवश्रव्य ध्वनियों (20 Hz से कम) की तरंगदैर्ध्य बहुत लंबी होती है। लंबी तरंगदैर्ध्य के कारण ये ध्वनियाँ वायुमंडल में बहुत कम क्षीण (less attenuated) होती हैं और बहुत अधिक दूरी तक संचरित हो सकती हैं। इसलिए, ये तूफान जैसी प्राकृतिक आपदाओं की चेतावनी देने के लिए प्रभावी हैं।

लघु उत्तरीय प्रश्न-II (3 अंक)

किसी ध्वनि स्रोत की आवृत्ति 100 Hz है। एक मिनट में यह कितनी बार कंपन करेगा?
- उत्तर:
  - आवृत्ति, ν = 100 Hz (यानी 1 सेकंड में 100 कंपन)
  - समय = 1 मिनट = 60 सेकंड
  - 1 मिनट में कंपनों की कुल संख्या = आवृत्ति × समय = 100 s⁻¹ × 60 s = 6000
  - अतः, ध्वनि स्रोत एक मिनट में 6000 बार कंपन करेगा।
एक पनडुब्बी सोनार स्पंद उत्सर्जित करती है, जो पानी के अंदर एक खड़ी चट्टान से टकराकर 1.02 s के बाद वापस लौटता है। यदि खारे पानी में ध्वनि की चाल 1531 m/s है, तो चट्टान की दूरी ज्ञात कीजिए।
- उत्तर:
  - ध्वनि का वेग, v = 1531 m/s
  - प्रेषण और अभिग्रहण का समय, t = 1.02 s
  - सोनार के सूत्र के अनुसार: 2d = v × t
  - 2d = 1531 m/s × 1.02 s
  - 2d = 1561.62 m
  - d = 1561.62 / 2 = 780.81 m
  - अतः, चट्टान की दूरी 780.81 मीटर है।

दीर्घ उत्तरीय प्रश्न (5 अंक)

तरंग से आप क्या समझते हैं? अनुप्रस्थ तथा अनुदैर्ध्य तरंगों में अंतर स्पष्ट कीजिए।
- उत्तर:
  - तरंग की परिभाषा: तरंग एक विक्षोभ है जो ऊर्जा को एक स्थान से दूसरे स्थान तक स्थानांतरित करती है, बिना द्रव्यमान के स्थानांतरण के।
  - अंतर:

अनुप्रस्थ तरंग	अनुदैर्ध्य तरंग
माध्यम के कण तरंग संचरण की दिशा के लंबवत कंपन करते हैं।	माध्यम के कण तरंग संचरण की दिशा के समानांतर कंपन करते हैं।
इसमें शृंग (Crest) और गर्त (Trough) बनते हैं।	इसमें संपीडन (Compression) और विरलन (Rarefaction) बनते हैं।
उदाहरण: प्रकाश तरंग, डोरी पर तरंग।	उदाहरण: ध्वनि तरंग।
केवल ठोसों और द्रवों की सतह पर ही संचरित हो सकती है।	ठोस, द्रव और गैस तीनों में संचरित हो सकती है।

ध्वनि प्रदूषण क्या है? इसके स्रोतों तथा इसके हानिकारक प्रभावों की सूची बनाइए। इसको नियंत्रित करने के उपाय सुझाइए।
- उत्तर:
  - परिभाषा: वातावरण में अवांछित उच्च स्तरीय ध्वनि का होना, जो मानव स्वास्थ्य के लिए हानिकारक है, ध्वनि प्रदूषण कहलाता है।
  - स्रोत:
    1. वाहनों का हॉर्न और इंजन का शोर।
    2. लाउडस्पीकरों, डीजे आदि का अत्यधिक उपयोग।
    3. कारखानों में मशीनों का शोर।
    4. निर्माण कार्य (जैसे ड्रिलिंग, बुलडोजर)।
  - हानिकारक प्रभाव:
    1. श्रवण हानि (Hearing impairment) और बहरापन।
    2. अनिद्रा, सिरदर्द, चिंता और तनाव।
    3. उच्च रक्तचाप और हृदय संबंधी समस्याएँ।
    4. एकाग्रता में कमी और कार्यक्षमता प्रभावित होना।
  - नियंत्रण के उपाय:
    1. शोर रोधी (Soundproofing): भवनों की दीवारों और खिड़कियों में शोर रोधी सामग्री का उपयोग।
    2. पेड़ लगाना: पेड़ ध्वनि को अवशोषित करके प्रदूषण कम करते हैं।
    3. कानून: सार्वजनिक स्थानों पर लाउडस्पीकरों के उपयोग पर प्रतिबंध और शोर के स्तर की सीमा निर्धारित करना।
    4. जन जागरूकता: लोगों को ध्वनि प्रदूषण के दुष्प्रभावों के बारे में शिक्षित करना।

भाग 4: परीक्षा के लिए सुझाव

अनुप्रस्थ और अनुदैर्ध्य तरंगों के बीच अंतर याद रखें और चित्र बनाना सीखें।
तरंग के सूत्र v = ν × λ और सोनार के सूत्र d = (v × t)/2 पर आधारित numerical problems का अभ्यास करें।
मानव श्रवण परास, अवश्रव्य और पराश्रव्य ध्वनि की परिभाषाएँ और उदाहरण याद रखें।
ध्वनि प्रदूषण के प्रश्नों के लिए, स्रोतों, प्रभावों और नियंत्रण उपायों की एक सूची बनाकर याद करें।
गूँज (Echo) के लिए आवश्यक न्यूनतम दूरी का मान और उसका कारण समझें।

आपकी परीक्षाओं के लिए शुभकामनाएँ! अवधारणाओं को अच्छी तरह से revise करें और numerical problems का नियमित अभ्यास करते रहें।

Class 9 Science – Chapter 12: Sound