6.
Arrange the following according to the speed of sound.
Solids, Liquids, Gases
ஒலியின் வேகத்தை வைத்து கொடுக்கப்பட்டுள்ளவற்றை சீரமைக்க.
திடப்பொருள்கள், திரவங்கள், வாயுக்கள்
Explanation (English)
Approach
The speed of sound depends on the medium through which it travels. We need to understand how the properties of solids, liquids, and gases affect the transmission of sound waves to determine the correct order of sound speed.
Step-by-step
- Understanding Sound Propagation: Sound waves are mechanical waves, meaning they require a medium to travel. They propagate by causing vibrations in the particles of the medium.
- Factors Affecting Speed of Sound: The speed of sound in a medium is primarily determined by two factors:
- Elasticity (or stiffness): How quickly the particles of the medium return to their original position after being displaced. A higher elasticity generally leads to faster sound propagation.
- Density: The mass per unit volume of the medium. A higher density generally leads to slower sound propagation, as more inertia needs to be overcome.
The general formula for the speed of sound \(v\) in a medium is given by:\[ v = \sqrt{\frac{E}{\rho}} \]where \(E\) is the elastic modulus (bulk modulus for fluids, Young's modulus for solids) and \(\rho\) is the density. - Comparing Solids, Liquids, and Gases:
- Solids: Particles in solids are tightly packed and have strong intermolecular forces. This makes solids highly elastic (stiff) and allows vibrations to be transmitted very efficiently and quickly from one particle to another. Although solids are generally denser than liquids and gases, their much higher elasticity dominates, resulting in the fastest sound speed.
- Liquids: Particles in liquids are less tightly packed than in solids but more so than in gases. Intermolecular forces are weaker than in solids but stronger than in gases. Liquids are less elastic than solids but more elastic than gases. Their density is typically lower than solids but much higher than gases. The combination results in sound traveling slower than in solids but faster than in gases.
- Gases: Particles in gases are far apart, and intermolecular forces are very weak. Gases are much less elastic and much less dense than liquids and solids. The low elasticity is the dominant factor, causing sound to travel slowest in gases.
- Conclusion: Based on the above, sound travels fastest in solids, followed by liquids, and slowest in gases.
Correct Option
B) Solids > Liquids > Gases திடப்பொருள்கள் > திரவங்கள் > வாயுக்கள் is the correct order because sound travels fastest in solids due to their high elasticity, followed by liquids, and slowest in gases due to their low elasticity and widely spaced particles.
Incorrect Options
- A) Gases > Liquids > Solids வாயுக்கள் > திரவங்கள் > திடப்பொருள்கள் — This is incorrect. Sound travels slowest in gases, not fastest.
- C) Liquids > Solids > Gases திரவங்கள் > திடப்பொருள்கள் > வாயுக்கள் — This is incorrect. Sound travels fastest in solids, not liquids.
- D) Gases > Solids > Liquids வாயுக்கள் > திடப்பொருள்கள் > திரவங்கள் — This is incorrect. Sound travels slowest in gases and fastest in solids, but the order of liquids and solids is reversed, and gases are placed incorrectly as the fastest.
விளக்கம் (Tamil)
அணுகுமுறை
ஒலியின் வேகம் அது பயணிக்கும் ஊடகத்தைப் பொறுத்தது. திடப்பொருள்கள், திரவங்கள் மற்றும் வாயுக்களின் பண்புகள் ஒலி அலைகளின் பரவலை எவ்வாறு பாதிக்கின்றன என்பதை நாம் புரிந்துகொள்ள வேண்டும், ஒலியின் வேகத்தின் சரியான வரிசையைத் தீர்மானிக்க.
படிப்படியாக
- ஒலி பரவுதலைப் புரிந்துகொள்ளுதல்: ஒலி அலைகள் இயந்திர அலைகள், அதாவது அவை பயணிக்க ஒரு ஊடகம் தேவை. அவை ஊடகத்தின் துகள்களில் அதிர்வுகளை ஏற்படுத்துவதன் மூலம் பரவுகின்றன.
- ஒலியின் வேகத்தைப் பாதிக்கும் காரணிகள்: ஒரு ஊடகத்தில் ஒலியின் வேகம் முக்கியமாக இரண்டு காரணிகளால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது:
- மீட்சித்தன்மை (Elasticity): ஊடகத்தின் துகள்கள் இடப்பெயர்ச்சி செய்யப்பட்ட பிறகு எவ்வளவு விரைவாக அவற்றின் அசல் நிலைக்குத் திரும்புகின்றன. அதிக மீட்சித்தன்மை பொதுவாக வேகமான ஒலி பரவலுக்கு வழிவகுக்கிறது.
- அடர்த்தி (Density): ஊடகத்தின் அலகு கனஅளவுக்குரிய நிறை. அதிக அடர்த்தி பொதுவாக மெதுவான ஒலி பரவலுக்கு வழிவகுக்கிறது, ஏனெனில் அதிக நிலைமத்தை (inertia) கடக்க வேண்டும்.
ஒரு ஊடகத்தில் ஒலியின் வேகம் \(v\) க்கான பொதுவான சூத்திரம்:\[ v = \sqrt{\frac{E}{\rho}} \]இங்கு \(E\) என்பது மீட்சி குணகம் (திரவங்களுக்கு மொத்த குணகம், திடப்பொருட்களுக்கு யங்கின் குணகம்) மற்றும் \(\rho\) என்பது அடர்த்தி. - திடப்பொருள்கள், திரவங்கள் மற்றும் வாயுக்களை ஒப்பிடுதல்:
- திடப்பொருள்கள்: திடப்பொருட்களில் உள்ள துகள்கள் இறுக்கமாக நிரம்பியிருப்பதோடு வலுவான மூலக்கூறு இடைவிசை கொண்டவை. இது திடப்பொருட்களை அதிக மீட்சித்தன்மை கொண்டதாக ஆக்குகிறது மற்றும் அதிர்வுகள் ஒரு துகளிலிருந்து மற்றொரு துகளுக்கு மிகத் திறமையாகவும் விரைவாகவும் பரவ அனுமதிக்கிறது. திடப்பொருள்கள் பொதுவாக திரவங்கள் மற்றும் வாயுக்களை விட அடர்த்தியானவை என்றாலும், அவற்றின் மிக அதிக மீட்சித்தன்மை மேலோங்கி, மிக வேகமாக ஒலி வேகத்திற்கு வழிவகுக்கிறது.
- திரவங்கள்: திரவங்களில் உள்ள துகள்கள் திடப்பொருட்களை விட குறைவாக இறுக்கமாக நிரம்பியிருப்பதோடு வாயுக்களை விட அதிகமாக நிரம்பியிருக்கும். மூலக்கூறு இடைவிசைகள் திடப்பொருட்களை விட பலவீனமானவை ஆனால் வாயுக்களை விட வலுவானவை. திரவங்கள் திடப்பொருட்களை விட குறைவான மீட்சித்தன்மை கொண்டவை ஆனால் வாயுக்களை விட அதிக மீட்சித்தன்மை கொண்டவை. அவற்றின் அடர்த்தி பொதுவாக திடப்பொருட்களை விட குறைவாகவும் ஆனால் வாயுக்களை விட அதிகமாகவும் இருக்கும். இந்த கலவையானது ஒலியானது திடப்பொருட்களை விட மெதுவாகவும் ஆனால் வாயுக்களை விட வேகமாகவும் பயணிக்கிறது.
- வாயுக்கள்: வாயுக்களில் உள்ள துகள்கள் வெகு தொலைவில் உள்ளன, மேலும் மூலக்கூறு இடைவிசைகள் மிக பலவீனமானவை. வாயுக்கள் திரவங்கள் மற்றும் திடப்பொருட்களை விட மிகக் குறைவான மீட்சித்தன்மை கொண்டவை மற்றும் மிகக் குறைவான அடர்த்தி கொண்டவை. குறைந்த மீட்சித்தன்மை ஒரு முக்கிய காரணியாக இருப்பதால், ஒலியானது வாயுக்களில் மிக மெதுவாகப் பயணிக்கிறது.
- முடிவுரை: மேற்கூறியவற்றின் அடிப்படையில், ஒலியானது திடப்பொருட்களில் மிக வேகமாகப் பயணிக்கும், அதைத் தொடர்ந்து திரவங்கள், மற்றும் வாயுக்களில் மிக மெதுவாகப் பயணிக்கும்.
சரியான விடை
B) Solids > Liquids > Gases திடப்பொருள்கள் > திரவங்கள் > வாயுக்கள் என்பது சரியான வரிசை, ஏனெனில் திடப்பொருட்களில் அவற்றின் அதிக மீட்சித்தன்மை காரணமாக ஒலி மிக வேகமாகப் பயணிக்கிறது, அதைத் தொடர்ந்து திரவங்கள், மற்றும் வாயுக்களில் அவற்றின் குறைந்த மீட்சித்தன்மை மற்றும் பரவலாக அமைந்துள்ள துகள்கள் காரணமாக மிக மெதுவாகப் பயணிக்கிறது.
தவறான விடைகள்
- A) Gases > Liquids > Solids வாயுக்கள் > திரவங்கள் > திடப்பொருள்கள் — இது தவறானது. ஒலி வாயுக்களில் மிக மெதுவாகப் பயணிக்கிறது, மிக வேகமாக அல்ல.
- C) Liquids > Solids > Gases திரவங்கள் > திடப்பொருள்கள் > வாயுக்கள் — இது தவறானது. ஒலி திடப்பொருட்களில் மிக வேகமாகப் பயணிக்கிறது, திரவங்களில் அல்ல.
- D) Gases > Solids > Liquids வாயுக்கள் > திடப்பொருள்கள் > திரவங்கள் — இது தவறானது. ஒலி வாயுக்களில் மிக மெதுவாகவும் திடப்பொருட்களில் மிக வேகமாகவும் பயணிக்கிறது, ஆனால் திரவங்கள் மற்றும் திடப்பொருட்களின் வரிசை தலைகீழாக உள்ளது, மேலும் வாயுக்கள் தவறாக மிக வேகமாக வைக்கப்பட்டுள்ளன.
