Friday, August 01, 2008

ஈர்ப்பு விசையை எதிர்கொள்ளும் உயிர்கள் - 2

நாம் முதலில் பார்க்கப்போவது பறவைகளை. எப்படி அவற்றால் ஈர்ப்பை எதிர்த்து மேலே போகமுடிகிறது? உயர, உயரப் பறந்துகொண்டே இருக்கமுடிகிறது? நினைத்தமாத்திரத்தில் ஓரிடத்திலிருந்து இன்னோர் இடத்துக்கு ஆகாய மார்க்கமாக அலையமுடிகிறது?

ஒரு பறவையின் பறத்தலில் வெவ்வேறு அங்கங்கள் உள்ளன. அவற்றைத் தனித்தனியாகப் பார்ப்போம். அவை அனைத்தும் ஒன்றுசேர்ந்து இயங்கும்போதுதான் ஒரு பறவையால் தான் விரும்பியவாறு பறக்கமுடியும்.
(அ) வானில் உயரத்தில் இருக்கும்போது புவியின் ஈர்ப்புக்கு எதிரான ஒரு விசையை உருவாக்குதல்.
(ஆ) முன்னோக்கி நகருதல்
(இ) மேல் நோக்கிச் செல்தல்
(ஈ) உடலின் வடிவத்தை ஒரு குறிப்பிட்ட வகையில் வைத்து செல்லும் திசைக்கு எதிராக காற்று ஏற்படுத்தும் விசையைக் குறைத்தல்
(உ) கீழ் நோக்கித் திரும்புதல்
(ஊ) வேகத்தைக் குறைத்தல் அல்லது அதிகரித்தல்

இதில் நாம் அனைத்தையும் பார்க்கப்போவதில்லை. முக்கியமாக (அ), (ஆ), (இ) ஆகியவற்றைப்பற்றி மட்டுமே கவனிக்கப்போகிறோம்.

திரவங்களுக்கும் வாயுக்களுக்கும் அழுத்தம் (pressure) என்ற ஒரு பண்பு உண்டு. புவியின்மேல் காற்று மண்டலம் உள்ளது. உயரம் செல்லச் செல்ல, காற்றின் அழுத்தம் குறைந்துகொண்டே வரும். இதே போல, ஒரு நீர் நிலையில் ஆழத்துக்குச் செல்லச் செல்ல, அழுத்தம் அதிகமாகிக்கொண்டே செல்லும். கடல் மட்டத்தில் ஒரு அழுத்தம் இருந்தால், கடலுக்கு அடியில் செல்லச் செல்ல, அழுத்தம் அதிகமாகிக்கொண்டே போகும்.

ஆங்கிலத்தில் திரவம் (liquid), வாயு (gas) இரண்டையும் சேர்த்து fluid என்று சொல்வார்கள். A fluid, flows. அதாவது பாயும். ஓடும். பரவும். தமிழில் இதனை “பாய்மம்” என்போம். இனி இந்தச் சொல்லையே பயன்படுத்துகிறேன்.

ஒரு குறிப்பிட்ட அழுத்தம் கொண்ட பாய்மத்துக்கு இடையே ஒரு பொருளை வைத்தால், பாய்மத்தின் அழுத்தம் காரணமாக அந்தப் பொருளின் பல்வேறு புள்ளிகளிலும் அழுத்து விசை ஏற்படும். இந்த அழுத்து விசை, அழுத்தத்தையும் (p), பரப்பையும் (A) பெருக்கினால் வரும் தொகை. இந்த விசை, பொருளின் பரப்புக்கு செங்குத்தாக (normal) இருக்கும். கீழே உள்ள படத்தில் இதனைக் காணலாம்.
ஒரு பாத்திரத்தில் அழுத்து விசை கீழே அதிகமாகவும், மேலே குறைவாகவும் இருப்பதால், மொத்தத்தில் மேல் நோக்கி இருக்கும். இதனால், பாத்திரத்தில் அழுத்தப்படும் பொருள் மேல்நோக்கி உந்தித் தள்ளப்படும். இந்தப் பொருள் அதிக அடர்த்தி (density) கொண்டதாக இருந்தால் அழுத்த விசையையும் தாண்டி கீழ்நோக்கி நீரில் அமிழும். இல்லாவிட்டால் அதே இடத்தில் மிதக்கும். மிகவும் லேசான பொருளாக இருந்தால் மேல்நோக்கிச் செல்லும். காற்றுள்ள (டென்னிஸ்) பந்தை தண்ணீருக்குள் அழுத்தினால் அது எதிர்த்துக்கொண்டு மேல்நோக்கி வருவதைப் பார்த்திருப்பிர்கள். அதே ஒரு கிரிக்கெட் பந்தைப் போட்டால் அது பாத்திரத்தின் அடிவரை சென்றுவிடும்.

காற்று மண்டலத்தைப் பொருத்தமட்டில், அழுத்தம் தண்ணீரின் அளவுக்கு மாறுபடாது. அதாவது நமது தலைமாட்டில் என்ன அழுத்தம் உள்ளதோ, கால்மாட்டிலும் கிட்டத்தட்ட அதே அளவுதான் என்று வைத்துக்கொள்ளலாம். சிறிய மாற்றம் இருக்கும், ஆனால் பொருட்படத்தக்க மாற்றம் அல்ல. எனவே காற்றில் அமிழுந்துள்ள ஒரு பொருளின் எல்லாப் பக்கங்களிலும் கிட்டத்தட்ட ஒரே அழுத்தம்தான் இருக்கும் என்று வைத்துக்கொள்வோம். இதனால் அந்தப் பொருள்மீது உருவாகும் விசை, மொத்தத்தில் சுழியமாக ஆகிவிடும். எனவே அந்தப் பொருள் மேலும் போகாது, கீழும் போகாது. அப்படியே, அங்கேயே இருக்கும்.

அப்படியானால் ஒரு பொருள் எப்படித்தான் மேலே போவது? புவி ஈர்ப்பை எப்படித்தான் எதிர்ப்பது?

பாய்மம் சும்மா இருக்கும்போதுதான் அழுத்தத்தில் மாறுபாடுகள் ஏற்படுவதில்லை. ஆனால் பாய்மம் பாய்ந்து செல்லும்போது வெவ்வேறு இடங்களில் அதன் வேகத்தில் மாற்றங்கள் ஏற்படும். அப்போது வேகத்துக்குத் தகுந்தமாதிரி அந்த இடத்தின் அழுத்தம் மாறுபடும். வேகம் அதிகமாகும்போது அழுத்தம் குறையும். இதற்கு பெர்னோலி விளைவு என்று பெயர். உதாரணமாக கீழ்க்கண்ட படத்தைப் பாருங்கள்.
இதில் அகலம் குறையும் இடத்தில், பாய்மத்தின் வேகம் அதிகரிக்கும். அப்போது பாய்மத்தின் அழுத்தம் சடாரெனக் குறையும்.

இதே வேலையைத்தான் பறவைகளின் இறக்கைகள் செய்கின்றன என்றால் உங்களால் நம்பமுடிகிறதா? பறவைகளின் இறக்கைகளின் குறுக்குவெட்டுத் தோற்றத்தைப் பார்த்தால் அது இப்படித்தான் இருக்கும்.
இந்தத் தோற்றத்துக்கு aerofoil - காற்றுப்படலம் என்று பெயர். இந்த இறக்கை காற்றில் வேகமாக முன் நோக்கிச் செல்லும்போது, இதன் பரப்பின்மீதாக காற்று பாய்கிறது. அப்படிப் பாயும்போது, மேல்பரப்பின்மீது காற்று வேகமாகவும், கீழ்ப்பக்கம் சற்றே மெதுவாகவும் செல்கிறது. அது இந்த விசித்திரமான உருவத்தின் காரணமாக ஏற்படுகிறது. எனவே பெர்னோலி விளைவினால், மேல்பரப்பில் அழுத்தம் குறைவாகவும், கீழ்ப்பரப்பில் அழுத்தம் அதிகமாகவும் உள்ளது. முன்னோக்கிச் செல்லும் வேகம் அதிகமாக அதிகமாக, இந்த அழுத்த மாறுபாடு அதிகமாகும். இந்த அழுத்த மாறுபாடு, விசையாக உருமாறும். அதனை இந்தப் படத்தில் காணலாம்:
காற்றுப்படலத்தை மேல் நோக்கித் தள்ளும் விசைக்கு lift - ஏற்றவிசை என்று பெயர். காற்றுப்படலத்தை காற்றுக்கு எதிர் திசையில் தள்ளும் விசைக்கு drag - பின்னிழு விசை என்று பெயர். காற்றுப்படலத்தின் வடிவம், முன்னோக்கிச் செல்லும் வேகம், காற்றுப்படலம் காற்றை எதிர்கொள்ளும் கோணம் ஆகியவற்றைப் பொருத்து மேல்நோக்கிய ஏற்றவிசை அதிகமாகும் அல்லது குறையும். இந்த ஏற்றவிசை அதிகமாக அதிகமாக, ஒருவர் மேலே செல்லலாம், ஈர்ப்பை எதிர்கொள்ளலாம்.
பறவைகள் இதைத்தான் செய்கின்றன. அவற்றின் இறக்கைகளின் வடிவம் காரணமாக அவற்றால் ஏற்றவிசையை அதிகரிக்க முடிகிறது. அத்துடன், பறவைகள் அவற்றின் உருவத்துடன் ஒப்பிடும்போது எடை மிகக் குறைவாக உள்ளன. அவற்றில் எலும்புகள் வலிமையானவை, ஆனால் லேசானவை.

இறக்கைகளாலும், முன்னோக்கி உந்துவதாலும் உருவாவதே ஏற்றவிசை. இந்த ஏற்றவிசை புவி ஈர்ப்பு விசையைக் ஈடுகட்டுவதால் பறவை மேலே அந்தரத்தில் அப்படியே உள்ளது. கீழே விழுவதில்லை. காற்றே இல்லாவிட்டால் (வெற்றிடத்தில்) ஒரு பறவையால் பறக்கமுடியாது என்பதை ஞாபகம் வைத்துக்கொள்ளுங்கள்!

சரி, மேலே ஒரு குறிப்பிட்ட உயரத்தில் இருந்தால் அங்கேயே அதனால் ஈர்ப்பு விசையை எதிர்கொள்ள முடியும். ஆனால் எப்படி தரையிலிருந்து அவ்வளவு உயரத்துக்குச் செல்கிறது? பறவை தனது இறக்கைகளை மேலும் கீழுமாக அடிப்பதால் இது ஏற்படுகிறது. பறவை தன் இறக்கைகளைக் கீழ்நோக்கிக் குமிக்கும்போது அதற்குள்ளாக மாட்டிக்கொண்ட காற்றின் அழுத்தம் அதிகரிக்கிறது. அது பறவையை மேல்நோக்கித் தள்ளுகிறது.

பறவை எப்படி முன்னோக்கிச் செல்கிறது? அதற்கு அது தனது கால்களைப் பின்னுக்குத் தள்ளி, மூக்கை முன்னோக்கி நகர்த்தி, வயிற்றை உந்துகிறது. கூடவே இறக்கைகளையும் அடிக்கும்போது, முன்னோக்கி, மேல்நோக்கிச் செல்கிறது. மேல் நோக்கிச் செல்லும்போது புவி ஈர்ப்பை எதிர்கொள்ள ஏற்றவிசை துணைபுரிகிறது.

பறவை எப்படிப் பறக்கிறது என்பதற்கான சிமுலேஷனை இந்தத் தளத்தில் காணமுடியும். இங்கிருந்துதான் கடைசியாக நீங்கள் பார்த்த மூன்று படங்களையும் எடுத்துள்ளேன்.

பறவையால் தொடர்ந்து வானில் இருந்தபடியே இருக்கமுடியாது. உடல் சோர்வடையும்போது எங்காவது உட்கார்ந்தாகவேண்டும். உடலுக்குத் தேவையான சக்தியை உணவின்மூலம் பெறவேண்டும். நல்ல உயரத்தில் இருக்கும்போது காற்றழுத்தம் குறைவாக இருப்பதால், உடலுக்குத் தேவையான ஆக்சிஜனும் குறைவாகக் கிடைக்கும். எனவே அதற்காக, பறவையின் நுரையீரல் சற்றே பெரிதாக இருக்கும் (அதன் அளவைப் பொருத்தமட்டில்).

***

பல பறக்கும் பூச்சிகளும் (தேனி, தும்பி, பட்டாம்பூச்சி) இப்படித்தான் செயல்படுகின்றன. ஹம்மிங்பர்ட் போன்றவை இறக்கைகளைப் படபடவென ஒரு விநாடிக்குள் பலமுறை அடித்துக்கொண்டே இருப்பதன்மூலம் ஒரு குறிப்பிட்ட உயரத்தில் முன்னோக்கிச் செல்லாமலேயே நிலையாக இருக்கும் காரியத்தைச் செய்கின்றன.

அடுத்து சுவற்றில் செல்லும் பூச்சிகளைப் பற்றிப் பார்ப்போம்.

4 comments:

  1. ஒரு பந்தின் ஒரு பக்கம் பள பள வென்றும் மற்றொரு பக்கம் சுர சுர வென்றும் இருந்தால்

    பளபள பக்கம் linear flowவும்
    சுர சுர பக்கம் turbulent flowவும்

    ஏற்படும்

    இதனால் பள பள பக்கம் அழுத்தம் அதிகரித்து நேராக வீசப்படும் அந்த பந்து நேராக செல்லாமல் சிறிது வளைவு பாதையில் செல்லும்.

    இதைத்தான் Swing என்கிறார்கள்

    --

    பள பளப்பை அதிகரிக்க creamமும் (face cream) சுரசுரப்பை அதிகரிக்க பாட்டில் மூடியை வைத்து பிராண்டினால் வழக்கத்திற்கு மாறாக பந்து அதிகமாக swing ஆகும்

    இதைத்தான் இம்ரான் கானும், வாசிம் அக்ரமும், வக்கார் யூனுஸும், செய்ததாக கூறினார்கள்

    ReplyDelete
  2. ஒரு குடிசை வீட்டின் மேல் அதிவிரைவாக காற்று வீசுகிறது என்று வைத்துக்கொள்ளுங்கள்

    அப்பொழுது

    கூரைக்கு மேல் ஒன்றும் இல்லை. கூரைக்கு கீழ் சுவர் இருப்பதால் வேகத்தை கட்டுப்படுத்துகிறது

    கூரையின் மேலுள்ள வேகம் > கூரையின் கீழுள்ள வேகம்

    பெர்னாலி கூற்றுப்படி

    கூரையின் மேலுள்ள அழுத்தம் < கூரையின் கீழுள்ள அழுத்தம்

    இதனால் தான் பக்கவாட்டில் வீசும் புயல் காற்றின் போது கூரை மேல் நோக்கி (பிச்சுக்கிட்டு) போகிறது

    ReplyDelete
  3. இது தவிர பெர்னோலி கூற்றுக்கு உதாரணங்கள்

    1. பெயிண்ட் அடிக்கும் கருவி (Spray paint)

    2. நம்து மூக்கின் அருகில் இருக்கும் para nasal sinusகளிலிருந்து சளி வெளிவருவது

    3. வானூர்திகளின் சிறகில் இருக்கும் Slat (Slat deployment பற்றி மைக்கேல் க்ரைடன் ஒரு அருமையான புதினம் எழுதியுள்ளார். தலைப்பு மறந்து விட்டது)

    4. கேஸ் அடுப்பு (கேஸ் அடுப்பில் பார்த்தீர்கள் என்றால் ஒரு துளை இருக்கும். ஆனால் அது வழியாக பொதுவாக எரிவாயு வெளிவராது. ஆனால் அழுத்தம் குறைந்தால் வெளிவரும். எரிவாயு நாற்றத்தை வைத்து ”கேஸ் தீரப்போகுது” என்று நம் வீட்டு பெண்கள் கூறுவதற்கு பின்னர் பெர்னோலி கூற்று உள்ளது

    5. சாலையில் ஒரு பேரூந்தோ மூடுந்தோ வேகமாக செல்லும் பொழுது மரங்கள் ஆடுவது

    6. சாலையில் தேங்கியிருக்கும் நீர் வேகமாக செல்லும் வாகனத்தின் மீதே திரும்பி தெரிப்பது

    7. இரு சக்கர வாகன கார்பரேட்டர்

    என்று உதாரணங்களை சொல்லிக்கொண்டே போகலாம்.

    ReplyDelete
  4. UR EXAMPLES WITH EXPLANATION ARE NICE.. PLZ KEEP IT UP, (BOTH)..

    ReplyDelete