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रेडियो तरंग सिद्धांत: Likbez / Habr

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मुझे लगता है कि हर कोई रेडियो के हैंडल को घुमाया, "वीएचएफ", "डीवी", "एसवी" के बीच स्विचिंग और वक्ताओं से हस ने सुना।

लेकिन कटौती को समझने के अलावा, हर कोई समझता नहीं है कि यह इन पत्रों के पीछे छुपाता है।

चलो रेडियो तरंग सिद्धांत के साथ करीब आते हैं।

रेडियो तरंग
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तरंग दैर्ध्य (λ) लहरों के आसन्न crests के बीच की दूरी है।

आयाम (ए) ऑसीलेबल आंदोलन के साथ औसत मूल्य से अधिकतम विचलन है।

अवधि (टी) - एक पूर्ण ऑसीलेटर आंदोलन का समय

आवृत्ति (v) - प्रति सेकंड कुल अवधि की संख्या

एक सूत्र है जो आवृत्ति में तरंग दैर्ध्य को निर्धारित करने की अनुमति देता है:

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कहां: तरंग दैर्ध्य (एम) प्रकाश की गति (किमी / घंटा) आवृत्ति (केएचजेड) के अनुपात के बराबर है

"वीएचएफ", "डीवी", "एसवी"

सुपर लंबी तरंगें - वी = 3-30 केएचजेड (λ = 10-100 किमी)।

उनके पास 20 मीटर तक पानी की मोटाई में प्रवेश करने की संपत्ति है और इसके संबंध में पनडुब्बियों के साथ संवाद करने के लिए उपयोग किया जाता है, और नाव को इस गहराई तक पॉप अप करने के लिए आवश्यक नहीं है, यह इस स्तर पर रेडियो buoy फेंकने के लिए पर्याप्त है।

ये तरंगें पृथ्वी के किनारे तक फैल सकती हैं, पृथ्वी की सतह और आयनोस्फीयर के बीच की दूरी, उनके लिए "वेवगाइड" का प्रतिनिधित्व करती है, जिसके साथ वे स्वतंत्र रूप से भिन्न होते हैं। लंबी लहरें (डीवी) वी = 150-450 केएचजेड (λ = 2000-670 मीटर)।

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इस प्रकार की रेडियो तरंग में बाधाओं को अधिक मात्रा में करने की गुण है, लंबी दूरी पर संवाद करने के लिए उपयोग की जाती है। एक कमजोर घुमावदार क्षमता भी है, इसलिए यदि आपके पास रिमोट एंटीना नहीं है, तो आप शायद ही कभी किसी भी रेडियो स्टेशन को पकड़ सकते हैं। मध्यम तरंगें (एसवी) वी = 500-1600 केएचजेड (λ = 600-190 मीटर)।

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ये रेडियो तरंगें पृथ्वी की सतह से 100-450 किमी की दूरी पर स्थित आयनोस्फीयर से अच्छी तरह से दिखाई देती हैं। इन तरंगों की संभावना यह है कि दिन के दौरान वे आयनमंडल द्वारा अवशोषित होते हैं और प्रतिबिंब प्रभाव नहीं होता है। इस प्रभाव का उपयोग व्यावहारिक रूप से संचार के लिए किया जाता है, आमतौर पर रात में कई सौ किलोमीटर। छोटी तरंगें (केवी) वी = 3-30 मेगाहर्ट्ज (λ = 100-10 मीटर)।

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मध्यम तरंगों की तरह, वे आयनोस्फीयर से अच्छी तरह से परिलक्षित होते हैं, लेकिन उनके विपरीत, दिन के समय के बावजूद। आयनोस्फीयर और पृथ्वी की सतह से प्रतिबिंब के कारण उन्हें लंबी दूरी (कई हजार किमी) पर वितरित किया जा सकता है, इस तरह के वितरण को स्काकोव कहा जाता है। इसके लिए लाइट पावर ट्रांसमीटर की आवश्यकता नहीं है। अल्ट्राशॉर्ट लहरें (Vhf) v = 30 mhz - 300 मेगाहर्ट्ज (λ = 10-1 मीटर)।

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ये तरंगें कई मीटर के आकार में बाधाओं से आगे निकल सकती हैं, और इसमें एक अच्छी तरह से घुमावदार क्षमता भी है। ऐसी संपत्तियों के कारण, इस श्रेणी का व्यापक रूप से प्रसारण रेडियो के लिए उपयोग किया जाता है। बाधाओं के साथ बैठक करते समय नुकसान उनके अपेक्षाकृत तेजी से क्षीणन है।

एक सूत्र है जो आपको वीएचएफ रेंज में संचार की सीमा की गणना करने की अनुमति देता है:

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उदाहरण के लिए, जब रेडियो ओस्टानकोनो टीवी बैशिंग के साथ प्रसारण करता है, तो 10 मीटर की ऊंचाई के साथ एक प्राप्त एंटीना पर 500 मीटर की ऊंचाई, प्रत्यक्ष दृश्यता की स्थिति के तहत संचार की दूरी लगभग 100 किमी होगी। उच्च आवृत्तियों (एचएफ Santimeter रेंज) वी = 300 मेगाहर्ट्ज - 3 गीगाहर्ट्ज (λ = 1-0.1 मीटर)।

बाधाओं को ढंकना न करें और अच्छी घुसपैठ की क्षमता रखें। सेलुलर नेटवर्क और वाई-फाई नेटवर्क में उपयोग किया जाता है।

इस सीमा की तरंगों की एक और दिलचस्प विशेषता यह है कि पानी के अणु जितना संभव हो सके अपनी ऊर्जा को अवशोषित करने में सक्षम हैं और इसे थर्मल में बदल सकते हैं। इस प्रभाव का उपयोग माइक्रोवेव ओवन में किया जाता है।

जैसा कि आप देख सकते हैं, वाई-फाई उपकरण और माइक्रोवेव ओवन एक ही सीमा में काम करते हैं और पानी को प्रभावित कर सकते हैं, इसलिए एक वाई-फाई राउटर के साथ एक गले में सोना लंबे समय तक नहीं है। बेहद उच्च आवृत्तियों (ईएचएफ-मिलीमीटर रेंज) वी = 3 गीगाहर्ट्ज - 30 गीगाहर्ट्ज (λ = 0.1-0.01 मीटर)।

लगभग सभी बाधाओं से परिलक्षित, स्वतंत्र रूप से आयनोस्फीयर के माध्यम से प्रवेश करें। अंतरिक्ष संचार में इसकी गुणों की कीमत पर उपयोग किया जाता है।

एएम - एफएम।

अक्सर, प्राप्त करने वाले उपकरणों में एएम-एफएम स्विच की स्थिति होती है, यह क्या है: पूर्वाह्न। - आयाम अधिमिश्रण

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कोडिंग ऑसीलेशन की क्रिया के तहत वाहक आवृत्ति के आयाम में यह परिवर्तन, उदाहरण के लिए, माइक्रोफोन से आवाज।

एएम मैन द्वारा आविष्कार किए गए मॉड्यूलेशन का पहला प्रकार है। नुकसान के साथ-साथ किसी भी एनालॉग प्रकार के मॉड्यूलेशन में, कम शोर प्रतिरक्षा है। एफएम। - आवृति का उतार - चढ़ाव

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कोडिंग ऑसीलेशन के प्रभाव में यह वाहक आवृत्ति में बदलाव है।

हालांकि, यह एक एनालॉग मॉड्यूलेशन प्रकार भी है, लेकिन इसमें एएम की तुलना में उच्च शोर प्रतिरक्षा है और इसलिए टीवी प्रसारण और वीएचएफ प्रसारण की आवाज़ में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

वास्तव में, वर्णित मॉड्यूलेशन प्रजातियों में उप-प्रजातियां हैं, लेकिन उनके विवरण को इस आलेख की सामग्री में शामिल नहीं किया गया है।

अधिक शर्तें

दखल अंदाजी - विभिन्न बाधाओं से तरंगों के प्रतिबिंब के परिणामस्वरूप, लहरें गुना। एक ही चरण में जोड़ के मामले में, प्रारंभिक लहर का आयाम बढ़ सकता है, विपरीत चरणों में जोड़ने के दौरान, आयाम शून्य तक कम हो सकता है।

वीएचएफ सीएम और टीवी सिग्नल प्राप्त करते समय यह घटना ज्यादातर प्रकट होती है।

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इसलिए, उदाहरण के लिए कमरे के अंदर, कमरे एंटीना टीवी पर रिसेप्शन की गुणवत्ता दृढ़ता से "फ्लोट्स"। विवर्तन - घटना जो तब होती है जब एक रेडियो तरंग बाधाओं से मुलाकात की जाती है, जिसके परिणामस्वरूप लहर आयाम, चरण और दिशा को बदल सकती है।

यह घटना आयनोस्फीयर के माध्यम से केवी और एसवी पर कनेक्शन बताती है, जब लहर विभिन्न असाधारणताओं और चार्ज कणों से प्रतिबिंबित होती है और इस प्रकार वितरण की दिशा बदलती है।

वही घटना प्रत्यक्ष दृश्यता, समृद्ध पृथ्वी की सतह के बिना प्रचार करने के लिए रेडियो तरंगों की क्षमता बताती है। इसके लिए, तरंग दैर्ध्य को बाधा का विरोध किया जाना चाहिए।

पीएस:

मुझे आशा है कि मेरे द्वारा वर्णित जानकारी उपयोगी होगी और इस विषय पर कुछ समझ लाएगी।

वेव: अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ

चलो उस से शुरू करते हैं लहर - यह अंतरिक्ष में oscillation का फैलाव है।

लहरें हैं मैकेनिकल और विद्युत चुम्बकीय।

यांत्रिक तरंगें - ये वे तरंगें हैं जिनके oscillations शारीरिक रूप से महसूस किया जा सकता है क्योंकि वे एक लोचदार वातावरण में स्थापित।

  • उदाहरण के लिए, ध्वनि। जब ध्वनि किसी पदार्थ के अंदर लागू होता है, तो हम इसे स्पर्श के साथ महसूस कर सकते हैं।

कल्पना कीजिए कि आप रेलवे ट्रैक पर खड़े हैं। नहीं, आप अन्ना करेनिना नहीं हैं, आप एक प्रयोगकर्ता हैं।

यदि ट्रेन आपके पास आ रही है, तो आप इसे जल्द या बाद में सुनेंगे। इसके बजाय, जैसे ही सुनें एक गति पर ध्वनि लहर 𝑣 = 330 मीटर / एस आपके कान तक पहुँच जाएगा।

यदि आप रेल को कान संलग्न करते हैं, तो यह बहुत तेज़ होगा, क्योंकि ठोस में ध्वनि की गति हवा की तुलना में अधिक है। वैसे, पानी के नीचे ध्वनि की गति हवा की तुलना में अधिक है, लेकिन ठोस पदार्थों से कम है।

यदि आपने कभी संगीत कॉलम को छुआ, तो आप जानते हैं कि ध्वनि महसूस और स्पर्श है।

विद्युतचुम्बकीय तरंगें - ये वे तरंगें हैं जिन्हें हम छू नहीं सकते हैं।

  • उदाहरण के लिए, रेडियो तरंगें, वाई-फाई और प्रकाश।

उनके लिए, सभी समान कानून काम करते हैं, बस उनकी गति काफी बड़ी और बराबर होती है लाइट स्पीड 𝑣 = 3 * 10 ^ 8 मैसर्स । और उनके पास अलग-अलग स्रोत हैं।

लहरों को अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ पर विभाजित करने के लिए भी बनाया जाता है:

अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ लहरें

लंबे समय से - ये वे तरंगें हैं जिनमें लहर प्रसार की दिशा के साथ ऑसीलेशन होता है।

  • थंडर या भूकंपीय तरंगों (भूकंप) के दौरान हवा हिलती है अनुदैर्ध्य लहरों का एक उदाहरण है।

आड़ा - लहरें, जिनकी दोलन तरंग प्रचार की दिशा में होती है।

  • कल्पना कीजिए कि आपने स्टेडियम में लोगों की लहर लॉन्च की - यह ट्रांसवर्स होगा।
  • दृश्यमान प्रकाश और कंपकंपी गिटार स्ट्रिंग भी अनुप्रस्थ तरंगें हैं।

समुद्र की लहर - अनुदैर्ध्य या अनुप्रस्थ?

वास्तव में, इसमें एक अनुदैर्ध्य, और अनुप्रस्थ घटक होते हैं, इसलिए इसे एक विशिष्ट प्रकार के लिए जिम्मेदार नहीं ठहराया जा सकता है।

तरंग दैर्ध्य: परिभाषा और गणना

बेशक, किसी भी लहर में विशेषताएं हैं। इनमें से एक विशेषता है तरंगदैर्ध्य।

वेवलेंथ इसे इस लहर के दो बिंदुओं के बीच की दूरी कहा जाता है, जो एक ही चरण में उतार-चढ़ाव करता है। यदि यह आसान है, तो यह दो "लकीर" के बीच की दूरी है।

अधिक तरंग दैर्ध्य आप आवेश की एक अवधि में, लहर द्वारा यात्रा की गई दूरी को कॉल कर सकते हैं।

अवधि - यह वह समय है जिसके लिए एक ऑसीलेशन होता है। यही है, अगर समय लहर का प्रसार और आवेश की संख्या दी जाती है, तो आप इस अवधि की गणना कर सकते हैं।

वेव ऑसीलेशन फॉर्मूला

टी = टी / एन

टी - अवधि [s]

टी - समय [सी]

एन - ऑसीलेशन की संख्या [-]

गति पर संचार

तरंग दैर्ध्य के माध्यम से गति सूत्र को हटाने के लिए, कोइनेमैटिक्स से दर सूत्र को याद करना आवश्यक है - यह भौतिकी का एक वर्ग है जिसमें बाहरी प्रभाव को ध्यान में रखे बिना निकायों का आंदोलन)।

गति सूत्र

𝑣 = एस / टी

𝑣 - गति [एम / एस]

एस - पथ [एम]

टी - समय [सी]

तरंगों की ओर मुड़ना, आप निम्नलिखित समानताएं खर्च कर सकते हैं:

  • रास्ता - तरंग दैर्ध्य
  • समय सीमा

और गति के लिए, समानता की आवश्यकता नहीं है - गति और अफ्रीका की गति।

फॉर्मूला स्पीड वेव

𝑣 = λ / टी

𝑣 - गति [एम / एस]

λ - तरंग दैर्ध्य [एम]

टी - अवधि [s]

संकट

नाव लहरों पर हिचकिचाहट करता है। 40 एस के लिए उसने 10 oscillations बनाया। लहर प्रसार की गति क्या है, अगर आसन्न तरंग crests के बीच की दूरी 1 मीटर है?

समाधान:

  1. स्पीड फॉर्मूला लें:
  2. 𝑣 = λ / टी

  3. हम तरंगदैर्ध्य जानते हैं, लेकिन एक अवधि नहीं दी। अवधि सूत्र द्वारा गणना की जाती है:
  4. टी = टी / एन

    टी = 40/10 = 4 एस

  5. अब हम सूत्र में मूल्यों को प्रतिस्थापित करते हैं
  6. 𝑣 = λ / टी

    𝑣 = ¼ = 0.25 m / s

उत्तर: 𝑣 = 0.25 मीटर / एस

गूंज

यदि गिटार के साथ एक कमरे में बोलने में जोर से है - तो आप सुन सकते हैं कि भूत ने इस पर कैसे खेलना शुरू किया। वास्तव में, स्ट्रिंग की आवृत्ति आवाज की आवृत्ति के साथ हुई और उत्पन्न हुई अनुनाद।

नीचे दिए गए चार्ट पर आप देख सकते हैं कि क्या कुछ आवृत्ति आयाम नाटकीय रूप से बढ़ता है। इस आवृत्ति को बुलाया जाता है अनुनाद की आवृत्ति।

अनुनाद की आवृत्ति

आवृत्ति - यह मूल्य, रिवर्स अवधि है। यह दिखाता है, किस समय एक ऑसीलेशन होता है।

आवृत्ति सूत्र

ν = n / t

ν - आवृत्ति [एचजेड]

टी - समय [सी]

एन - ऑसीलेशन की संख्या [-]

दुनिया में इस बारे में बहुत सारी कहानियां हैं कि कैसे सैनिक पुल पर पैर में चले गए, वह अनुनाद में गिर गया और हर कोई गिर गया। और यहां हाइड्रोलिट्स के बारे में एक और कहानी है - जैसा कि वे कहते हैं, पहला अंत

हाइड्रोलाइटी की टीम - आंतरिक जल में विशेषज्ञ - अल्ताई में काम किया और स्थानीय नदी का अध्ययन किया। एक रस्सी पुल नदी में फैला हुआ था, और चरखी पुल के केंद्र में खड़ी थी, जो नदी से पानी के नमूने को बढ़ाने में मदद करती है, इसे नीचे नहीं जा रही है।

अभियान के दिनों में से एक में, एक मजबूत, लगभग तूफानी, हवा शुरू हुई। शोधकर्ताओं ने पुल पर काम किया, और जब उन्हें एहसास हुआ कि इतनी तेज हवा में रस्सी संरचना में होना सुरक्षित नहीं था, इसे छोड़ना शुरू कर दिया। जैसे ही टीम के अंतिम व्यक्ति ने एक पुल से जमीन पर एक कदम उठाया, तो चरखी के साथ पुल को एक चुटकी में बनाया गया था। यह इस तथ्य के कारण हुआ कि पवन आवृत्ति स्विंगिंग पुल की अपनी आवृत्ति के साथ मेल नहीं खाती है। यह अच्छा है कि कहानी इस तरह समाप्त हो गई।

तरंग दैर्ध्य दो लगातार चोटियों (लकीर) या अवसाद के बीच की दूरी है। लहर की उच्चतम स्थिति को चोटी कहा जाता है। लहर की सबसे कम स्थिति को अवसाद कहा जाता है।

चक्र एक पूर्ण oscillation है, उदाहरण के लिए, दो लकीर या दो अवसाद के बीच एक वक्र। संतुलन स्थिति से अधिकतम तरंग दूरी आयाम कहा जाता है।

यह आंकड़ा भौतिकी में उपयोग की जाने वाली मुख्य लहर मानकों को दिखाता है:

तरंग पैरामीटर

परिभाषा और तरंग दैर्ध्य सूत्र

एक लहर एक गड़बड़ी है जो उस बिंदु से फैलती है जिसमें यह पर्यावरण की उत्पत्ति हुई थी। इस तरह की गड़बड़ी शुद्ध पदार्थ हस्तांतरण के बिना ऊर्जा को स्थानांतरित करती है।

यांत्रिक तरंगें

लंबाई एक लहर द्वारा यात्रा की वास्तविक दूरी है, जो हमेशा माध्यम की दूरी के साथ मेल नहीं खाती है, या कणों को वितरित किया जाता है। इसे एक स्थानिक तरंग प्रक्रिया अवधि के रूप में भी परिभाषित किया जाता है।

भौतिकी में ग्रीक अक्षर "λ" (लैम्ब्डा) का उपयोग लंबाई को नामित करने के लिए किया जाता है समीकरणों में। यह लहर की आवृत्ति के विपरीत आनुपातिक है।

वेवलेंथ

अवधि टी पूर्ण उतार-चढ़ाव का पूरा समय है, एक दूसरे (ओं) के माप की एक इकाई है।

एक लंबी लहर कम आवृत्ति, और लघु-उच्च से मेल खाती है। लंबाई मीटर में मापा जाता है। प्रत्येक दूसरे में उत्सर्जित तरंगों की संख्या को आवृत्ति और इस अवधि के विपरीत आनुपातिक कहा जाता है।

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अलग-अलग लंबाई में एक अलग वितरण दर होती है। उदाहरण के लिए, वैक्यूओ में वेग से पानी में प्रकाश की गति 3/4 है।

लहर की स्थानिक अवधि यह दूरी है कि स्थायी चरण के साथ बिंदु "मक्खियों" के साथ समय अंतराल की अवधि के अनुरूप अंतराल होता है।

आवृत्ति लहर

आवृत्ति एफ - समय की प्रति इकाई पूर्ण उतार-चढ़ाव की संख्या। हर्ट्ज (Hz) में मापा जाता है।

एक पूर्ण ऑसीलेशन प्रति सेकंड एफ = 1 हर्ट्ज के साथ; प्रति सेकंड 1000 oscillations प्रति = 1 किलोहर्ट्ज (केल्प); प्रति सेकंड 1 मिलियन oscillations प्रति = 1 Megahertz (1 मेगाहर्ट्ज)।

यह जानकर कि वैक्यूम में प्रकाश की गति - 300,000 किमी / एस, या 300,000,000 मीटर / एस, फिर आवृत्ति में तरंगदैर्ध्य का अनुवाद करने के लिए आपको 3 x 10 की आवश्यकता है 8मीटर मीटर में लंबाई में विभाजित।

तरंग दैर्ध्य के माप की इकाइयां - नैनोमीटर और एंगस्ट्रोम्स जहां नैनोमीटर मीटर का एक अरब हिस्सा है (1 एम = 10 9 एनएम) और एंगस्ट्रोमा मीटर का दस अरब हिस्सा है (1 मीटर = 1010 ए), यानी, एक नैनोमीटर 10 एंगस्ट्रॉम (1 एनएम =) के बराबर है 10:00 पूर्वाह्न)।

ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम

सूर्य से आने वाली रोशनी विद्युत चुम्बकीय विकिरण है, जो 300,000 किमी / एस की गति से चलती है, लेकिन लंबाई किसी भी फोटॉन के लिए समान नहीं होती है, लेकिन 400 एनएम और 700 एनएम के बीच होती है। लाइट तरंग दैर्ध्य रंग को प्रभावित करता है।

विभिन्न रंगीन धारियों के स्पेक्ट्रम पर सफेद प्रकाश विघटित, जिनमें से प्रत्येक अपने तरंग दैर्ध्य द्वारा निर्धारित किया जाता है। इस प्रकार, सबसे छोटी लंबाई के साथ प्रकाश बैंगनी है, जो लगभग 400 एनएम है, और सबसे बड़ी लंबाई के साथ प्रकाश लाल है, जो लगभग 700 एनएम है।

तालिका रंग के आधार पर तरंगदैर्ध्य दिखाती है:

वेवलेंथ

कम बैंगनी लंबे समय तक विकिरण को आदेश को कम करने में पराबैंगनी विकिरण, एक्स-रे और गामा किरण कहा जाता है। विकिरण अधिक लाल को अवरक्त, माइक्रोवेव और रेडियो तरंगों को आरोही क्रम में कहा जाता है।

संचार की सीमा सीमा लंबाई पर निर्भर करती है। एंटीना के आयाम अक्सर रेडियो इलेक्ट्रॉनिक एजेंट की कार्य लंबाई से अधिक होते हैं।

ड्राइंग विभिन्न स्रोतों से उत्पन्न तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति (एनएम) दिखाता है:

वेवलेंथ

ध्वनि, विद्युत चुम्बकीय और रेडियो तरंगों के लिए तरंग दैर्ध्य की गणना के उदाहरण

कार्य संख्या 1

पानी में गति गति 1450 मीटर / एस। निकटतम बिंदु किन दूरी पर हैं जो विपरीत चरणों में oscillations प्रदर्शन करते हैं, अगर oscillation आवृत्ति 725 हर्ट्ज है?

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कार्य संख्या 2।

6 एस के लिए झील के किनारे पर खड़े स्थिर पर्यवेक्षक के पीछे। लहर के 4 शिखा पारित। पहले और तीसरे किनारों के बीच की दूरी 12 मीटर है। तरंग कणों, प्रचार दर और तरंग दैर्ध्य के oscillation की अवधि निर्धारित करें।

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कार्य संख्या 3।

गायक गायन टेनर (उच्च पुरुष आवाज) के वॉयस लिगामेंट्स 130 से 520 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ उतार-चढ़ाव करते हैं। हवा में विकिरणित ध्वनि लहर की अधिकतम और न्यूनतम लंबाई निर्धारित करें। 330 मीटर / एस हवा में ध्वनि की गति।

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