સ્ટ્રોબોસ્કોપ

સ્ટ્રોબોસ્કોપ : તીવ્ર સ્ફુર-પ્રકાશ (flashing light) આપી તેની આવૃત્તિને ભ્રમણ કે કંપન ગતિ કરતા પદાર્થની કોઈ ગુણક આવૃત્તિ સાથે અથવા કોઈક બીજી આવર્તક ઘટના સાથે સમક્રમિત (synchronise) કરીને સ્થિરતાનું શ્ય ખડું કરે એવું ઉપકરણ.

ઘણી વસ્તુઓની ગતિનું ફરીફરીને પુનરાવર્તન થાય છે; દા. ત., ઘરમાં વપરાતા પંખાનાં પાંખિયાંની ગતિ. સીવવાના સંચાની સોયની ગતિ વગેરે પણ અસંખ્ય વખત પુનરાવૃત્ત ગતિ કરે છે. કોઈ પણ બે પુનરાવર્તનો વચ્ચેના સમયગાળાની માપણી સ્ટ્રોબોસ્કોપની મદદથી સરળતાથી કરી શકાય છે.

સ્ટ્રોબોસ્કોપની રચના : સ્ટ્રોબોસ્કોપ સાધનમાં ધાતુની એક વર્તુળાકાર તકતી હોય છે. એ તકતી પર જુદી જુદી ત્રિજ્યાવાળાં સમકેન્દ્રીય વર્તુળો દોરવામાં આવેલાં હોય છે અને વર્તુળો વચ્ચેની જગ્યામાં સમાન અંતરે કાળાં ટપકાં કરવામાં આવેલાં હોય છે. દરેક વર્તુળમાં ટપકાંની જુદી જુદી સંખ્યા રાખવામાં આવે છે.

આકૃતિ 1

ધાતુની વર્તુળાકાર તકતીને તેના સમતલને લંબ રહેતી અક્ષની ફરતે વિદ્યુત-મોટરથી પરિભ્રમણ કરાવવામાં આવે છે. પરિભ્રમણનો દર માપવા માટે તેમાં યાંત્રિક ગણિક હોય છે. પરિભ્રમણના દરમાં ફેરફાર કરવા માટે વિદ્યુતપરિપથમાં વીજનિયામક રાખવામાં આવેલો હોય છે.

સ્ટ્રોબોસ્કોપના ઉપયોગો : (1) સ્વરકાંટાની આવૃત્તિ શોધવી : ધારો કે

N = એક સેકંડમાં થતાં પરિભ્રમણોની સંખ્યા છે.

p = કોઈ એક વર્તુળ પરનાં ટપકાંની સંખ્યા છે.

∴ NP = વર્તુળના કોઈ એક બિંદુ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરતાં ત્યાં આગળથી એક સેકંડમાં પસાર થતાં ટપકાંની સંખ્યા.

 = કોઈ એક ટપકાના સ્થાને બીજાં ક્રમિક ટપકાંને આવતાં લાગતો સમય સેકંડમાં છે. પરિભ્રમણના દરમાં ફેરફાર કરી આ સમયગાળાને નાનોમોટો કરી શકાય છે.

સ્વરકાંટાની બંને ભુજાઓના છેડા પર ધાતુની હલકી પતરી ચોંટાડવામાં આવે છે. આકૃતિ 1માં દર્શાવ્યા પ્રમાણે ધાતુની એ પતરીઓ પર સ્લિટના આકારના ખાંચાઓ એવી રીતે પાડવામાં આવે છે કે જ્યારે સ્વરકાંટો અવિચલ સ્થિતિમાં હોય ત્યારે તે બંને સ્લિટની આરપાર જોઈ શકાય છે.

તકતીને તીવ્ર પ્રકાશથી પ્રકાશિત કરવામાં આવે છે. સ્વરકાંટાને તકતીની સામે એવી રીતે ગોઠવવામાં આવે છે કે જેથી સ્લિટોમાંથી p ટપકાંવાળા વર્તુળનું એક ટપકું જોઈ શકાય. સ્વરકાંટાને વિદ્યુત રીતે કંપિત કરવામાં આવે છે.

ધારો કે સ્વરકાંટાની આવૃત્તિ n દોલનો/સેકંડ છે. સ્વરકાંટાની ભુજાઓ એક આવર્તકાળ દરમિયાન બે વખત અવિચલ સ્થિતિમાંથી પસાર થાય છે. એટલે તે ટપકું એક સેકંડમાં વખત દેખાશે; તેથી ટપકાનાં બે ક્રમિક અવલોકનો માટે  સેકંડ જેટલો સમય લાગે છે.

એક ટપકાની જગ્યાએ બીજા ક્રમિક ટપકાને આવતાં  સેકંડ જેટલો સમય લાગે છે.

જો આ બંને સમય સરખા બને તો સ્વરકાંટાની સ્લિટોમાંથી જોતાં વર્તુળ સ્થિર થયેલું દેખાય છે; કારણ કે બે ક્રમિક અવલોકનોના સમયગાળામાં પહેલા ટપકાની જગ્યાએ બીજું ટપકું આવી જાય છે. જ્યાં સુધી એ બંને સમયગાળાઓ સરખા ન બને ત્યાં સુધી વર્તુળ સમઘડી કે વિષમઘડી દિશામાં ફરતું દેખાય છે.

જો તકતીના પરિભ્રમણનો દર બેગણો કરવામાં આવે તોપણ તકતી સ્થિર દેખાય છે. આ વખતે પ્રથમ ટપકાની જગ્યાએ ત્રીજું આવે છે. તકતીના પરિભ્રમણના બેગણા દર માટે  અને ત્રણગણા દર માટે  ટપકાવાળું વર્તુળ સ્થિર થયેલું દેખાય છે.

∴ તકતીને સ્થિર થયેલી જોવા માટેની શરત નીચે મુજબ આપી શકાય છે :

એટલે p ટપકાંવાળું વર્તુળ, પરિભ્રમણના દર N, 2N, 3N … માટે સ્થિર દેખાય છે. પરિભ્રમણનો દર સ્ટ્રોબોસ્કોપ સાથે ગોઠવેલા ગણકથી માપી શકાય છે.

આ સૂત્રની મદદથી સ્વરકાંટાની આવૃત્તિ શોધી શકાય છે. અહીં પ્રયોગમાં સ્વરકાંટાને પતરીથી ભારિત કરવો પડે છે તેથી સ્વરકાંટાની મૂળ-પ્રાકૃતિક આવૃત્તિમાં થોડો ઘટાડો થાય છે એ હકીકતનો ખ્યાલ આ પ્રયોગમાં રાખવો પડે છે.

(2) નિયૉન–લૅમ્પ અને સ્ટ્રોબોસ્કોપની મદદથી સ્વરકાંટાની આવૃત્તિ શોધવી : આ પદ્ધતિમાં સ્વરકાંટા પર પતરી લગાવવાની જરૂર પડતી નથી એટલે કે સ્વરકાંટાને ભારિત કરવાની જરૂર પડતી નથી; તેથી સ્વરકાંટાની પ્રાકૃતિક આવૃત્તિનું સાચું મૂલ્ય મળે છે. નિયૉન-લૅમ્પનો વિશિષ્ટ ગુણધર્મ એ છે કે તેને વોલ્ટેજ આપતાં જ તે પ્રકાશિત થાય છે અને વોલ્ટેજ દૂર કરતાં તે જ ક્ષણે પ્રકાશ બંધ થઈ જાય છે. નિયૉન-લૅમ્પને ઇન્ડક્શન કૉઇલના ગૌણ સર્કિટમાં જોડવામાં આવે છે. હવે જ્યારે પ્રાથમિક સર્કિટમાં વિદ્યુતપ્રવાહ તૂટે ત્યારે લૅમ્પ સળગે છે અને પ્રાથમિક સર્કિટમાં વિદ્યુતપ્રવાહ ચાલુ થાય ત્યારે લૅમ્પ સળગતો બંધ થઈ જાય છે.

આકૃતિ 2

આકૃતિ 2માં દર્શાવ્યા પ્રમાણે નિયૉન-લૅમ્પ ને ઇન્ડક્શન કૉઇલને ગૌણ સર્કિટમાં અને સ્વરકાંટાને પ્રાથમિક સર્કિટમાં જોડવામાં આવે છે. પ્લૅટિનમ–ઇરિડિયમ બિંદુને સ્ક્રૂ ફેરવીને હથોડી સાથે અડકાડવામાં આવે છે તેથી તે બે છૂટા પડી શકે નહિ અને હથોડીને લગાડેલા નરમ લોખંડના ટુકડા અને આર્મેચરના છેડા વચ્ચે લાકડાનો ટુકડો મૂકવામાં આવે છે; તેથી વિદ્યુતપ્રવાહ વધઘટ થતાં હથોડીનું દોલન થાય નહિ.

અહીં ઇન્ડક્શન કૉઇલના પ્રાથમિક સર્કિટમાં વિદ્યુતપ્રવાહ ચાલુ-બંધ કરવાની રચનાનું સ્થાન સ્વરકાંટો લે છે. શરૂઆતમાં સ્વરકાંટાને કંપિત કરવામાં આવતો નથી ત્યારે પ્રાથમિક સર્કિટમાં કળ (Key-K) મૂકવામાં આવે છે; પરંતુ પ્રાથમિક સર્કિટ પૂર્ણ ન થવાથી નિયૉન-લૅમ્પ ઝબકતો નથી.

હવે રબરના ડટ્ટાવાળી હથોડી વડે સ્વરકાંટાની ભુજાને કંપિત કરતાં નિયૉન ઝબકવાનું શરૂ કરે છે. કંપન એક વખત ચાલુ કર્યા પછી વીજચુંબક Eને લીધે ભુજાનું કંપન સતત ચાલુ રહે છે; જ્યારે જ્યારે પ્રાથમિક સર્કિટમાં પ્રવાહ તૂટે ત્યારે નિયૉન-લૅમ્પ ઝબકે છે. આમ સ્વરકાંટાના એક કંપન દરમિયાન લૅમ્પ એક જ વાર ઝબકે છે; તેથી જો સ્વરકાંટાની આવૃત્તિ n હોય તો લૅમ્પ એક સેકંડ n વખત ઝબકે છે. n આવૃત્તિવાળા સ્વરકાંટા માટે લૅમ્પના બે ક્રમિક ઝબકારા વચ્ચેનો સમયગાળો  સેકંડ થાય છે.

સ્ટ્રોબોસ્કોપની ધાતુની તકતીને નિયૉન-લૅમ્પથી પ્રકાશિત કરવામાં આવે છે. સ્ટ્રોબોસ્કોપની સર્કિટ ચાલુ કરી પ્રવાહ-નિયામકની મદદથી તકતીના પરિભ્રમણને ધીમે ધીમે વધારવામાં આવે છે. તકતીના કોઈ એક વર્તુળના ટપકા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરી, પરિભ્રમણનો દર વધારીને જ્યારે વર્તુળ સ્થિર દેખાય ત્યારે પરિભ્રમણનો દર N અને સ્થિર વર્તુળ પરનાં ટપકાંની સંખ્યા p નોંધી લેવામાં આવે છે, ત્યારે

આ પરથી સ્વરકાંટાની પ્રાકૃતિક આવૃત્તિ n-ની ગણતરી કરવામાં આવે છે.

સુમંતરાય ભીમભાઈ નાયક