MPSC 2022 पूर्व परीक्षा पेपर-१ · प्रश्न 39 / 100

बरोबर उत्तर पर्याय (4). सोनार हा संक्षेप आहे, आणि त्याचा विस्तार उलगडून वाचला की प्रश्न सुटतो : त्याची अक्षरे Sound Navigation and Ranging म्हणजे 'ध्वनी दिशादर्शन व अंतरमापन' या शब्दांची आहेत — म्हणजे ध्वनीच्या साह्याने एखादी वस्तू कोठे आहे आणि किती दूर आहे हे शोधण्याचे तंत्र. प्रश्नपत्रिकेच्या मराठी स्तंभात हा विस्तार 'साउंड नेव्हीगेशनल श्रेणी' असा दिला आहे, म्हणजे 'ranging' चे भाषांतर 'श्रेणी' असे झाले आहे, आणि इंग्रजी स्तंभही 'Sound Navigational Ranging' असे छापतो; प्रमाण विस्तार मात्र Sound Navigation and Ranging हाच आहे. दोन्ही छापील विस्तार शब्दांत ढिले असले तरी अर्थावर परिणाम होत नाही, कारण उत्तर तंत्राच्या कार्यावरून ठरते. हे तंत्र पाण्यात चालते आणि फक्त पाण्यातच चालते — आणि संक्षेप उलगडल्यावर हेच दुसरे तथ्य लक्षात येते, कारण ध्वनी द्रवातून चांगला जातो तर हवेतून लांब अंतरावर फार वाईट जातो, आणि प्रकाश व रेडिओ तरंगा पाण्याखाली थोड्याच अंतरात शोषल्या जातात. सोनार यंत्रणेत एक प्रेषक असतो जो श्राव्यातीत ध्वनीचा — म्हणजे माणसाच्या ऐकण्याच्या पल्ल्याच्या वरच्या वारंवारतेच्या ध्वनीचा — स्पंद बाहेर सोडतो, आणि एक ग्राहक असतो जो खालच्या एखाद्या वस्तूवरून परावर्तित होऊन आलेला तोच स्पंद टिपतो. यंत्र स्पंद सोडणे व तो परत येणे यांच्यातला वेळ नोंदवते. स्पंद वस्तूपर्यंत जाऊन परत येतो, म्हणजे तो त्या वेळात अंतर दुप्पट कापतो; म्हणून अंतर बरोबर समुद्राच्या पाण्यातील ध्वनीचा वेग गुणिले नोंदलेला वेळ, भागिले दोन. वापरला जाणारा वेग सुमारे पंधराशे मीटर प्रति सेकंद या कोटीचा असतो, आणि तो पाण्याचे तापमान, क्षारता व खोली यांनुसार बदलतो. या एकाच मापनातून जहाजाखालच्या समुद्राची खोली, कंगोरे व दऱ्यांसह समुद्रतळाचा आकार, आणि पाण्यात टांगलेल्या कोणत्याही घन वस्तूचे स्थान — माशांचा थवा, बुडालेले जहाज, हिमनगाचा पाण्याखालचा भाग, किंवा पाणबुडी — हे सर्व मिळते. पर्याय (4) नेमका हाच शेवटचा उपयोग सांगतो, म्हणजे पाणबुडीसारख्या बुडलेल्या वस्तूची गती व स्थिती मोजणे; आणि चारांपैकी फक्त तोच पर्याय पाण्याखालील वस्तू शोधण्याच्या पद्धतीचे वर्णन करतो. उरलेले तीन पर्याय आकर्षक वाटतात कारण त्या तिघांतही कोणत्या ना कोणत्या रूपात श्राव्यातीत ध्वनी वापरला जातो, आणि 'सोनार श्राव्यातीत ध्वनी वापरतो' एवढे शिकलेला उमेदवार 'श्राव्यातीत ध्वनीचा प्रत्येक वापर म्हणजे सोनार' असा तर्क करू शकतो. तोच इथला सापळा आहे. श्राव्यातीत ध्वनी हे साधन आहे; सोनार म्हणजे त्या साधनाने पाण्याखालील दिशादर्शन व अंतरमापनासाठी बांधलेले एक विशिष्ट यंत्र. वैद्यकीय प्रतिमानिर्मिती व औद्योगिक चाचणी ही त्याच साधनाने वेगळ्या हेतूंसाठी बांधलेली वेगळी यंत्रे आहेत. उत्तर पर्याय (4).

• (1)जन्मपूर्व परीक्षा — जन्मपूर्व तपासणी सोनोग्राफी म्हणजेच अल्ट्रासोनोग्राफीने केली जाते, जी वैद्यकीय प्रतिमानिर्मितीचे तंत्र आहे : एक ट्रान्सड्यूसर शरीरात श्राव्यातीत ध्वनीचे स्पंद पाठवतो, वेगवेगळ्या घनतेच्या ऊतींच्या सीमेवरून परत येणारे प्रतिध्वनी टिपले जातात, आणि यंत्र त्यांतून पडद्यावर प्रतिमा उभी करते. तिचा भौतिक पाया सोनारसारखाच आहे — दोन्ही श्राव्यातीत ध्वनी पाठवतात व प्रतिध्वनी वाचतात — आणि नेमके त्यामुळेच हा पर्याय इथे ठेवला आहे. तरीही ते वेगळे तंत्र आहे : त्याचे नाव वेगळे, हेतू वेगळा आणि पल्लाही वेगळा — ते शेकडो किंवा हजारो मीटर समुद्रावर नव्हे तर मानवी शरीरात काही सेंटिमीटरवर काम करते, आणि ते अंतर नव्हे तर चित्र तयार करते. 'सोनार' व 'सोनोग्राफी' या शब्दांतले साम्य बाकीचे काम परीक्षकासाठी करून टाकते. भारतात जन्मपूर्व ध्वनिचित्रण म्हणजे काय व काय नाही हे माहीत असण्याचे आणखी एक कारण आहे : गर्भाचे लिंग ठरवण्यासाठी त्याचा गैरवापर कायद्याने प्रतिबंधित आहे.
• (2)हृदयाच्या झडपांच्या क्रियेचा अभ्यास — हृदयाच्या झडपांच्या क्रियेचा अभ्यास इकोकार्डिओग्राफीने केला जातो, जीदेखील सोनार नसून श्राव्यातीत ध्वनीचाच वैद्यकीय उपयोग आहे. श्राव्यातीत ध्वनीचा झोत हृदयावर सोडला जातो आणि हलणाऱ्या झडपांच्या पात्यांवरून व कप्प्यांच्या भिंतींवरून येणाऱ्या प्रतिध्वनींतून प्रतिमा उभी केली जाते; डॉपलर तंत्राच्या मदतीने झडपांतून वाहणाऱ्या रक्ताचा वेग व दिशाही मोजता येते. नावातील 'इको' हा शब्दच सांगतो की मूळ तत्त्व सोनारसारखेच आहे — आणि तेच या पर्यायाला खरे वाटायला लावते — पण यंत्र, त्याच्या वारंवारता, त्याचा पल्ला आणि त्याचा हेतू हे सर्व वैद्यकीय निदानाचे आहेत. या संचातला हा दुसरा वैद्यकीय पर्याय आहे, आणि दोन वैद्यकीय पर्याय ठेवणे जाणीवपूर्वक आहे : 'सोनारमध्ये श्राव्यातीत ध्वनी वापरतात' एवढेच माहीत असलेला उमेदवार त्यांपैकी एकावर स्थिरावण्याची शक्यता त्यामुळे वाढते.
• (3)भुवैज्ञानिक अभ्यास — भूवैज्ञानिक तपासणीत स्थितिस्थापक व श्राव्यातीत तरंगांचा वापर खरोखरच होतो, म्हणून हा पर्याय भौतिकदृष्ट्या असंबद्ध म्हणून झटकून टाकता येत नाही — आणि म्हणूनच तिघांपैकी हा सर्वात सूक्ष्म आहे. पण त्या तंत्रांची स्वतःची नावे व स्वतःची यंत्रे आहेत : भूकंपीय सर्वेक्षण जमिनीत स्थितिस्थापक तरंगा सोडते आणि जिओफोनच्या रांगांवर त्यांचे परत येणे नोंदवून भूपृष्ठाखालची रचना नकाशावर आणते, तर श्राव्यातीत चाचणी धातूंच्या ठोकळ्यांतील व ओतकामातील आतले दोष शोधण्यासाठी वापरली जाते. यांपैकी कशालाही सोनार म्हटले जात नाही, कारण सोनारची ओळख त्याच्या संक्षेपाने ठरते — दिशादर्शन व अंतरमापन — आणि तो ज्या माध्यमात चालतो त्या पाण्याने. प्रश्न सोनार तंत्र कशासाठी वापरतात असे विचारतो, आणि चारांपैकी फक्त एकच पर्याय समुद्रपृष्ठाखालील वस्तू शोधण्याचे वर्णन करतो. जे तंत्र सोनारशी तत्त्व सामायिक करते ते त्यामुळे सोनार होत नाही.

ध्वनी ही यांत्रिक तरंग आहे, म्हणजे तिला भौतिक माध्यम लागते आणि ती त्या माध्यमाच्या कणांना विचलित करत पुढे जाते. तिचा वेग माध्यमावर अवलंबून असतो आणि तो स्थायूंत सर्वाधिक, द्रवांत त्याहून कमी व वायूंत सर्वात कमी असतो : सामान्य तापमानाला हवेत सुमारे तीनशे चाळीस मीटर प्रति सेकंद, समुद्राच्या पाण्यात सुमारे पंधराशे मीटर प्रति सेकंद, आणि पोलादात काही हजार. सुमारे वीस हजार हर्ट्झच्या वरचा ध्वनी श्राव्यातीत म्हटला जातो, तो माणसाला ऐकू येत नाही, आणि तपासणीसाठी उपयुक्त ठरणारे त्याचे दोन गुणधर्म आहेत : त्याची तरंगलांबी लहान असल्याने तो लहान वस्तूही वेगळ्या ओळखू शकतो, आणि तो सर्व दिशांना पसरण्याऐवजी अरुंद झोतात पाठवता येतो. श्राव्यातीत ध्वनीने काही शोधणारे प्रत्येक तंत्र एकाच संबंधावर उभे आहे : स्पंद सोडला जातो, तो एका सीमेवरून परावर्तित होतो, प्रतिध्वनी परत येतो, आणि स्पंदाने अंतर दोनदा कापले असल्याने अंतर बरोबर माध्यमातील वेग गुणिले एकूण वेळ भागिले दोन. तंत्रांमध्ये फरक असतो तो माध्यम, पल्ला व हेतू यांत. सोनार हा संबंध पाण्यात, काही मीटरपासून कित्येक किलोमीटरपर्यंतच्या अंतरांवर वापरतो — समुद्राची खोली, समुद्रतळाचा आकार, आणि पाणबुड्या, बुडालेली जहाजे, हिमनग व माशांचे थवे यांसारख्या बुडलेल्या वस्तूंचे स्थान ठरवण्यासाठी; जहाजाला आपल्या तळाखालची खोली सतत कळत राहते ती त्यामुळेच. वैद्यकीय ध्वनिचित्रण हाच संबंध मानवी शरीरात काही सेंटिमीटरवर वापरून प्रतिमा उभी करते, आणि इकोकार्डिओग्राफी हा त्याचाच हृदयासाठीचा उपयोग आहे. श्राव्यातीत चाचणी तोच संबंध धातूवर लावून आतले दोष शोधते. निसर्गाने हे तत्त्व अभियंत्यांच्या कितीतरी आधी शोधले होते : वटवाघळे व डॉल्फिन श्राव्यातीत आवाज काढून परत येणाऱ्या प्रतिध्वनींतून दिशा शोधतात व शिकार करतात, आणि या क्षमतेला प्रतिध्वनिस्थाननिश्चिती म्हणतात; सोनारची ओळखही कधीकधी याच तुलनेतून करून दिली जाते.

ध्वनीचे भौतिकशास्त्र हा एमपीएससीच्या विज्ञान विभागातील कायमचा घटक आहे, आणि हा प्रश्न त्याविषयीची आयोगाची आवडती पद्धत दाखवतो : सर्वांना नाव माहीत असलेले एखादे तंत्र घ्यायचे आणि त्याच मूळ भौतिकशास्त्रावर चालणारे इतर तीन उपयोग पर्याय म्हणून ठेवायचे. मग प्रश्न हे तपासतो की उमेदवाराला तत्त्व आणि यंत्र यांतला फरक करता येतो का. हा फरक सर्वत्र लागू करण्यासारखा आहे, कारण हीच रचना इतरत्रही वापरली जाते — रडारवरच्या प्रश्नात रेडिओ तरंगांचे उपयोग पर्याय म्हणून येऊ शकतात, लेसरवरच्या प्रश्नात प्रकाशाचे — आणि प्रत्येक वेळी निर्णायक पाऊल एकच : तंत्राचे नाव वाचा आणि ते कशासाठी बांधले गेले हे विचारा. इथे संक्षेपच ते काम करून टाकतो, कारण 'दिशादर्शन व अंतरमापन' म्हणजे स्थान व अंतर शोधणे, आणि पाणबुडीचा पर्याय सोडून संचातले काहीही त्याच्याशी जुळत नाही. या विशिष्ट प्रश्नाचे आणखी दोन लहान मुद्दे. एक : संक्षेपाचा विस्तार दोन्ही स्तंभांत ढिला आहे — इंग्रजी स्तंभ 'Sound Navigational Ranging' असे छापतो आणि मराठी स्तंभ 'ranging' चे भाषांतर 'श्रेणी' असे करतो, तर प्रमाण विस्तार Sound Navigation and Ranging हा आहे. उत्तरावर याचा परिणाम होत नाही, आणि ही विसंगती लक्षात आलेल्या उमेदवाराने तिला संकेत मानू नये. दोन : हे प्रश्नवाक्य दोन्ही स्तंभांत रिकाम्या जागेचे आहे — या प्रश्नपत्रिकेत असा प्रकार अनेकदा येतो — म्हणजे पूर्ण करावयाचे वाक्यच प्रश्न आहे आणि वाचकाला सावध करणारे प्रश्नचिन्ह कोठेही नाही. मराठी पर्याय (4) 'मापण्यासाठी' असे संपतो, म्हणजे प्रश्नवाक्यातील 'यासाठी' ची पुनरुक्ती होते; तेही छापल्याप्रमाणेच आहे.

• सोनार म्हणजे Sound Navigation and Ranging — श्राव्यातीत ध्वनीचे स्पंद पाठवून व त्यांचे प्रतिध्वनी टिपून पाण्याखालील वस्तूंचे स्थान व अंतर ठरवण्याचे तंत्र; ही प्रश्नपत्रिका मात्र त्याचा विस्तार 'Sound Navigational Ranging' असा छापते.
• स्पंद वस्तूपर्यंत जाऊन परत येत असल्याने अंतर बरोबर पाण्यातील ध्वनीचा वेग गुणिले नोंदलेला वेळ भागिले दोन; समुद्राच्या पाण्यातील ध्वनीचा वेग सुमारे पंधराशे मीटर प्रति सेकंद असून तो तापमान, क्षारता व खोलीनुसार बदलतो.
• सोनार समुद्राची खोली मोजण्यासाठी, समुद्रतळाचा आकार नकाशावर आणण्यासाठी, आणि पाणबुड्या, बुडालेली जहाजे, हिमनग व माशांचे थवे यांसारख्या बुडलेल्या वस्तू शोधण्यासाठी वापरला जातो.
• श्राव्यातीत ध्वनी म्हणजे सुमारे वीस हजार हर्ट्झच्या वरचा ध्वनी, जो माणसाला ऐकू येत नाही; लहान तरंगलांबीमुळे तो लहान वस्तू वेगळ्या ओळखू शकतो आणि तो अरुंद झोतात पाठवता येतो, म्हणून तपासणीसाठी उपयुक्त ठरतो.
• सोनारचे तत्त्व सामायिक करणारी इतर तंत्रे सोनार नाहीत : वैद्यकीय ध्वनिचित्रण शरीराच्या आतली प्रतिमा घेते, इकोकार्डिओग्राफी हृदय व त्याच्या झडपा तपासते, श्राव्यातीत चाचणी धातूंतले दोष शोधते, आणि भूकंपीय सर्वेक्षण भूपृष्ठाखालची रचना नकाशावर आणते; वटवाघळे व डॉल्फिन हेच तत्त्व नैसर्गिकपणे वापरतात.

• 'श्राव्यातीत ध्वनी वापरणारे प्रत्येक तंत्र म्हणजे सोनार' असा तर्क करणे; श्राव्यातीत ध्वनी हे साधन आहे आणि सोनार त्या साधनाने बांधलेले एक विशिष्ट यंत्र
• 'सोनार' व 'सोनोग्राफी' या शब्दांतल्या साम्यावरून जन्मपूर्व तपासणीचा पर्याय निवडणे; ती वैद्यकीय प्रतिमानिर्मिती आहे आणि तिचा पल्ला काही सेंटिमीटरचा असतो
• प्रतिध्वनीच्या सूत्रात दोनने भागायचे विसरणे; स्पंद वस्तूपर्यंत जाऊन परत येतो, म्हणजे तो अंतर दोनदा कापतो
• छापील संक्षेपाचा ढिला विस्तार पाहून तो मुद्दाम पेरलेला संकेत मानणे; दोन्ही स्तंभांत विस्तार अचूक नाही, पण उत्तर तंत्राच्या कार्यावरून ठरते

ध्वनी एमपीएससीच्या विज्ञान विभागात दोन प्रकारे विचारला जातो : स्मरणाच्या रूपात — श्राव्यातीत ध्वनी म्हणजे काय, ध्वनी कशातून सर्वात वेगाने जातो, दिलेल्या कामासाठी कोणते तंत्र वापरतात — आणि प्रतिध्वनीच्या संबंधावर किंवा वेग-वारंवारता-तरंगलांबी या समीकरणावर आधारलेल्या छोट्या गणितांच्या रूपात. इथे वापरलेला स्मरणाचा प्रकार बरोबर उपयोगाभोवती त्याच भौतिकशास्त्राचे इतर उपयोग पेरून बांधला जातो, म्हणून निर्णायक ज्ञान 'हे तंत्र कसे चालते' हे नसून 'हे तंत्र कशासाठी आहे' हे असते. या प्रकरणाची तयारी करणाऱ्याला सोनार, ध्वनिचित्रण, इकोकार्डिओग्राफी आणि श्राव्यातीत दोषशोधन यांपैकी प्रत्येकाचे काम एका वाक्यात सांगता आले पाहिजे, आणि हवेतील व पाण्यातील ध्वनीचे वेग ढोबळ आकड्यांच्या रूपात लक्षात असले पाहिजेत — कारण गणिती प्रश्न वेग सहसा देतो, पण स्मरणाचा प्रश्न तोच विचारू शकतो. प्रत्येक विज्ञान विभागात ध्वनी किंवा प्रकाशावर किमान एक प्रश्न असेल हे गृहीत धरावे.

या प्रश्नाशी थेट संबंधित मागील PYQ आढळला नाही.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  सोनारने समुद्राची खोली मोजताना प्रतिध्वनी परत यायला 4 सेकंद लागले आणि पाण्यातील ध्वनीचा वेग 1500 मीटर प्रति सेकंद आहे. खोली किती ?

  • (a)6000 मीटर
  • (b)3000 मीटर
  • (c)1500 मीटर
  • (d)375 मीटर

  उत्तर(2) 3000 मीटर. ध्वनीने 4 सेकंदांत कापलेले एकूण अंतर 1500 गुणिले 4, म्हणजे 6000 मीटर; पण तो तळापर्यंत जाऊन परत आला आहे, म्हणजे त्याने खोली दोनदा कापली आहे, म्हणून खोली 6000 भागिले 2, म्हणजे 3000 मीटर. दोनने भागायचे विसरणे ही या प्रकारच्या प्रश्नातली ठरलेली चूक असते आणि तिचा नेमका आकडा — इथे 6000 — पर्यायांत ठेवलेला असतो. सूत्र लक्षात ठेवण्यापेक्षा 'स्पंद जाऊन परत येतो' हे चित्र लक्षात ठेवले की चूक होतच नाही.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  सोनार तंत्र हवेत लांब अंतरावर वापरता येत नाही, याचे मुख्य कारण काय ?

  • (a)हवेत ध्वनी मुळीच प्रवास करत नाही
  • (b)हवेत ध्वनीचा वेग पाण्यापेक्षा कमी असतो आणि ध्वनी लांब अंतरावर झपाट्याने क्षीण होतो, तर पाण्यात तो दूरवर टिकतो
  • (c)हवेत श्राव्यातीत ध्वनी तयारच करता येत नाही
  • (d)हवेत प्रतिध्वनी परत येत नाहीत

  उत्तर(2) हवेत ध्वनीचा वेग पाण्यापेक्षा कमी असतो आणि ध्वनी लांब अंतरावर झपाट्याने क्षीण होतो, तर पाण्यात तो दूरवर टिकतो. म्हणूनच सोनार हे मुख्यतः सागरी तंत्र आहे : पाण्याखाली प्रकाश व रेडिओ तरंगा थोड्याच अंतरात शोषल्या जातात, तर ध्वनी कित्येक किलोमीटर जाऊ शकतो, आणि म्हणून पाण्याखाली शोधण्याचे काम ध्वनीवरच सोपवावे लागते. उरलेले तीन पर्याय ध्वनीविषयीची मूलभूत तथ्येच चुकीची मांडतात — हवेत ध्वनी प्रवास करतो, श्राव्यातीत ध्वनी तयार करता येतो, आणि प्रतिध्वनीही मिळतात.