அறிவியல் அறிவோம் - குமிழிகள் ஏன் உருண்டை வடிவில் மட்டுமே உருவாகிறது!!

அறிவியல் அறிவோம் 'Bubbles எனப்படும் குமிழிகள் ஏன் உருண்டை வடிவில் மட்டுமே உருவாகிறது!!

சிறு வயதில் அம்மா துணி துவைக்கும்போது அருகில் அமர்ந்து சோப்பு நுரைகளில் வெளிப்படும் குமிழிகளை உடைத்து விளையாடி இருப்போம். அதே சோப்பு நீரைப் புட்டியில் அடைத்து சிறிய கழி(குச்சி)யொன்றின் நடுவில் போட்ட ஓட்டையின் வழியாக அதில் முக்கியெடுத்து ஊதி ஊதிக் குமிழிகளை நாமே உருவாக்கிச் சிறு வயது விஞ்ஞானிகள் என்று பெருமை கொண்டிருப்போம். கடந்த நூற்றாண்டுக் குழந்தைகளின் அந்தக் கால ஞாபகங்களை அசைபோடுவதே அலாதிச் சுகம்.

காலப்போக்கில் அதையே வியாபாரம் ஆக்கினார்கள். பல வண்ண, பல வடிவப் புட்டிகளில் சோப்பு நுரைகளை அடைத்துச் சிறிய, பெரிய ஓட்டைகளைக் கொண்ட குறுங்கழிகளால் ஓட்டையின் அளவுகளைப் பொறுத்துப் பல்வேறு அளவுகளில் ஊதப்படும் குமிழி மூலமாகக் குழந்தைகளை ஈர்க்கும் விற்பனையாளர்களை இன்றும் திருவிழா, கண்காட்சி போன்ற இடங்களில் நாம் பார்க்கலாம். வயதுகள் போனாலும் குமிழிகளின் மீதான ஆசை மட்டும் குறைவதே இல்லை. இதுபோன்ற அனுபவங்களை நான் பெறவில்லை, இதைப் பற்றித் தெரியாது என்று யாராவது கூறினீர்களே என்றால் அதற்கு இரண்டே காரணங்கள்தான் இருக்கமுடியும். நீங்கள் மனதளவில் உயிர்ப்புடன் இல்லை அல்லது நீங்கள் வேற்று கிரகவாசியாக இருக்க வேண்டும்.

நம் குழந்தைப் பருவத்தில் நீங்கா இடம்பிடித்த இந்தக் குமிழிகள் ஏன் எப்போதும் உருண்டை (Sphere) வடிவத்திலேயே உருவாகின்றன.

அதை நாம் புரிந்துகொள்ள வேண்டுமென்றால் முதலில் குமிழிகள் எப்படித் தோன்றுகின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்ள வேண்டும். காற்றின் மூலக்கூறுகள் மிகவும் மென்மையானது. அது சிறிதளவு உந்துதல் கிடைத்தால் கூட நகரும். சிறு கழியில் ஓட்டையிட்டு சோப்பு நீரில் முக்கி எடுத்தால் சோப்பின் ஒட்டுதல் தன்மை காரணமாக நீரைப் படர வைத்து அது அந்தக் கழியில் இருக்கும் காலியிடம் முழுவதையும் நிரப்பிக்கொள்ளும். அவ்வாறு கண்ணாடி போன்று பரவியிருக்கும் சோப்பு நீரை நாம் ஊதும்போது காற்றின் மூலக்கூறுகள் அந்த வேகத்தில் முன்சென்று நீர்ப்பரப்பில் மோதி அதை முன்னால் தள்ளும். அதனால் பரவியிருக்கும் நீர்ப்பரப்பு உடைந்து தன்னைத் தள்ளும் காற்று மூலக்கூறுகளை உள்ளே அடைத்துக்கொண்டு குமிழிகளாக காற்றில் மிதக்கும். வெளியிலிருந்து ஏதாவது உந்துதல் ஏற்பட்டால் (உதாரணமாக யாராவது உடைப்பது அல்லது எதன் மீதாவது மோதுவது) அது உடையும். சில சமயம் அது தானாகவே உடைந்து விடும். அதற்குக் காரணம் காற்று மூலக்கூறுகளைச் சிறைப்படுத்தி வைத்திருக்கும் நீர்ப்பரப்பு சிறிது சிறிதாக ஆவியாகத் தொடங்கும். அந்தச் சுவர் ஆவியாகி மெலிந்து சுயமாக உடைவதால் சிறைப்பட்டு இருக்கும் காற்று விடுதலை அடைகின்றன.

அதுசரி, இந்தக் குமிழிகள் நீரின் மீதான காற்று மூலக்கூறுகளின் மோதலால் உண்டாகிறது என்பதை ஏற்றுக்கொள்ளலாம். அது எப்படி, எல்லாக் குமிழிகளுமே உருண்டை வடிவத்திலேயே வருகின்றன.

*ஏன் அது சதுர வடிவத்திலோ முக்கோண வடிவத்திலோ வரக்கூடாதா?*

அல்லது

*வேறு ஏதாவது வடிவத்தில் வரக்கூடாதா?*

வரக் கூடாது என்பதை விட வரமுடியாது என்பது சரியான பதிலாக இருக்கும். அதற்கும் விஞ்ஞானம் பதில் கூறுகிறது. எதையும் அப்படியே ஏற்றுக்கொள்ளாமல் ஏன், என்ன, எப்படி என்ற கேள்விகளைக் கேட்பதன் மூலமே பகுத்தறிவு வளரும். விஞ்ஞானமும் அப்படியே வளர்ந்தது. நாமும் அந்தக் கேள்விகளின் வழியாகவே இதற்கும் விடை கண்டுபிடிக்க முயலுவோம். முதலில் ஏன்…

*குமிழிகள் ஏன் உருண்டை வடிவத்திலேயே உருவாகின்றன என்ற கேள்வி தோன்றுகிறதா?*

நான் கேட்க வந்தது அதுவல்ல. குமிழிகளால் ஏன் வேறு எந்த வடிவங்களுக்கும் வரமுடிவதில்லை?

அதற்குப் பரப்பு இழுவிசை (Surface Tension) தான் காரணம். ஆம் குமிழிக்கு உள்ளிருக்கும் காற்று மூலக்கூறுகள் வெளியேறுவதற்காக அதைச் சிறைப்படுத்தி வைத்திருக்கும் நீர்ச்சுவர்களை முட்டிக்கொண்டே இருக்கும். அதே சமயம் வெளியில் இருக்கும் காற்று மூலக்கூறுகளில் கூட குமிழிகள் மோதிக்கொண்டே இருக்கும். ஓரிடத்தில் நில்லாமல் அலைந்துகொண்டே  இருக்கிறதல்லவா! அது அலைவதோ வெட்டவெளியில். அங்கோ ஆயிரக்கணக்கான காற்று மூலக்கூறுகள் திரிந்துகொண்டே இருக்கின்றன. அவையும் அடைபட்ட தமது சகாக்களை விடுவிக்க நீர்ச்சுவர்களை மோதிக்கொண்டே இருக்கும்.

உள்ளிருந்தும் அழுத்தம், வெளியில் இருந்தும் அழுத்தம். இதிலிருந்து தப்பிக்க வேண்டுமென்றால் அடைந்திருக்கும் மூலக்கூறுகள் நகரக்கூட விடக் கூடாது. சதுரம், முக்கோணம் என்று எந்த வடிவம் எடுத்தாலும் அதன் நீள் அகலப் பரிமாணங்கள் அதிகமாக இருக்கும். காற்று மூலக்கூறுகள் நன்றாக நகரமுடியும். அது உருண்டையில் முடியாது. உதாரணமாக ஒரே நிறைகொண்ட உருண்டை வடிவத்தையும் சதுர வடிவத்தையும் எடுத்துக்கொள்ளுங்கள். இரண்டையும் அளந்து பாருங்கள். உருண்டையை விடச் சதுரத்தின் அளவுகள் அதிகமாக இருக்கும். ஆகையால், காற்றின் அழுத்தம் காரணமாக அதனால் வேறு எந்த வடிவத்தையும் எடுக்கமுடியாது. உடையாமல் தன்னைத் தக்கவைக்க உருண்டை வடிவத்தை எடுப்பது மட்டுமே ஒரே தீர்வு.

*காற்றின் அழுத்தத்திற்கும் நீர்க்குமிழியின் வடிவத்திற்கும் என்ன சம்பந்தம் ?*

அறிவியலில் சமநிலை என்ற ஒன்று உண்டு. ஆங்கிலத்தில் Equilibrium என்று கூறுவோம். அதாவது இருவேறு திசைகளிலிருந்து ஒரே விதமான அழுத்தம் கிடைத்தால் அதைக் கணக்கிட்டுப் பார்க்கும்போது அதன் அளவும் சமமாகத்தான் இருக்குமாம். அது எப்படி? உள்ளிருந்து கிடைப்பது கொஞ்சம் மூலக்கூறுகளால் ஏற்படும் அழுத்தம். வெளியில் பல்லாயிரம் மூலக்கூறுகள் வந்து மோதமுடியும்.

*அப்படியிருக்க இரண்டும் ஒரே அளவாக எப்படி இருக்க முடியும்?*

வெளியில் பல ஆயிரம் என்ன பலகோடி மூலக்கூறுகள் இருப்பது உண்மைதான். ஆனால் அனைத்தும் ஒரே சமயத்தில் குமிழி மீது மோத முடியாதல்லவா? ஒரு நேரத்தில் மோதக்கூடிய மூலக்கூறுகள் அதன் பரப்பைச் சுற்றி உள்ளிருந்து மோதும் அதே பகுதிகளில்தான் வெளியிலிருந்தும் மோதமுடியும். எனில் இரண்டின் அழுத்தமும் சம அளவு தானே. இப்படிச் சம அளவிலான அழுத்தம் என்பது உருண்டை வடிவத்தில்தான் சாத்தியம்.

அடுத்தது எப்படி…

மேலே சொன்ன அனைத்தையுமே ஏற்றுக்கொள்கிறோம். *கழியின் ஓட்டையில் ஒட்டிக்கொண்டிருக்கும் நீர்ச்சுவர் நாம் ஊதும்போதே உருண்டை வடிவம் பெற்றுவிடுகிறதே அது எப்படி?*

நாம் ஊதும்போது காற்று வேகமாகச் சென்று நீர்ச்சுவரின் நடுவில் மோதுகிறது அதனால் நடுப்பகுதி முழுவேகத்தில் முன்னால் விரிவடையும். காற்று சுவரின் மற்ற பகுதிகளில் குறைந்த வேகத்தோடு படுவதால் அவற்றின் வேகம் சிறிது மந்தமாக இருக்கும். ஆகவே வேகமாக விரிவடையும் நடுப்பகுதி முன்னால் செல்லச் செல்ல சுவரின் பரப்பும் சுருங்கிக்கொண்டே இருக்கும். ஒருகட்டத்தில் கழியில் இருக்கும் அதன் பிடியை விடவேண்டிய தருணத்தில், உடையும் நீர்ச்சுவரில் இருக்கும் சோப்பின் ஒட்டுத்தன்மை பிரிந்து செல்லும் ஓரச்சுவர்களை ஆங்காங்கே ஈர்த்து ஒட்டவைத்து விடுகிறது. இதனால் பின்பக்கமும் ஒன்றுசேர்ந்து உருண்டை வடிவங்களை அடைகிறது. மிகச் சரியான உருண்டை வடிவம் அவற்றுக்குக் கிடைப்பதில்லை. காற்றில் அசைந்து திரியும் குமிழிகள் காற்று மூலக்கூறுகளின் மோதும் வேகத்திற்கு ஏற்ப சுவர்களை வளைத்துச் சிறிது மாற்றங்களைச் செய்துகொள்ளும். தோராயமாக அனைத்துமே உருண்டை வடிவம்தான்