மேகங்கள் எவ்வாறு பல எடைகள் இருந்தும் வானத்தில் மிதக்கிறது !!!!

 பல 'டன்' எடை கொண்ட மேகங்கள் புவியீர்ப்பு விசையினால் பாதிக்கப்படாமல் வானில் மிதப்பது எப்படி?

முகிலினங்கள் அலைகிறதே, முகவரிகள் தொலைந்தனவோ? முகவரிகள் தவறியதால், அழுதிடுமோ, அது மழையோ? நீள(ல) வானிலே வெள்ளி ஓடைகள், ஓடுகின்றதே, என்ன ஜாடைகள்! …விண்வெளியில் விதைத்தது யார் நவமணிகள்!

(வெம்மையான வாயுக்களும், குளிர்ந்த வாயுக்களும் அடர்த்தி வேறுபாடு காரணமாக சுழற்சியிலே(Circulation) இருக்கும். காலையில் வெம்மையான காற்று நிலத்திலிருந்து, வானில் மேலேறி சென்று குளிர்கிறது. இரவில், கடலிலிருந்து வெப்பக்காற்று மேலேறி, நிலத்தைக் குளிர்விக்கிறது.இதுவே காற்றோட்டம்(Wind current).இதேபோல் கடலிலும் நடக்கும்.)

புவியின் ஈர்ப்புவிசையால் மேகங்களும் ஈர்க்கப்படுகின்றன. ஆயினும், அவையின் ஈர்ப்பை வெம்மையான வாயுக்களின் ஓட்டம்(Warm current airflow) எதிர்கொண்டு ஈடுசெய்கிறது. முகில்களில் நிறைந்துள்ள நீர்மூலக்கூறுகள் சிறுசிறு துளிகளாக கோளவடிவம் (பரப்பு இழுவிசை பண்பினால்) எடுக்கின்றன. இவற்றின் விட்டம் மிகச் சிறிது (10−6${10}^{-6}$ மீ- மைக்ரான் அளவு). இவ்வளவு குறுகிய வடிவம் மிகக் குறைவான ஈற்றுவேகம் (Terminal velocity) கொண்டிருக்கும்.

ஈற்றுவேகம் என்றால் என்ன?

ஒருப்பொருள் ஈர்ப்புவிசைக்கு உட்பட்டு கீழே விழுகையில், அது குறிப்பிட்ட நேரத்திற்குப் பின், நிலையான(மாறுபடாத) வேகத்தில் சீராக கீழேவிழும்.(முடுக்கப்படாது). அவ்வேகமே ஈற்றுவேகம் எனப்படும்.

(கோள வடிவு நீர்த்துளி மீது செயல்படும் விசைகள்.)

ஒரு நீர்த்துளியின் கீழ்நோக்கிய(புவிஈர்ப்புவிசையால்) இயக்கத்தைக் காண்போம். அது பரப்பு இழுவிசை (Surface Tension) பண்பினால், குறைந்த இறுக்கத்தைத் தோற்றுவிக்கும் கோளவடிவை எடுக்கிறது. அப்பொழுது அதன் மீது, மூன்று விசைகள் தொழிற்படுகின்றன.

Fd$F_d$ இழுவிசை (Drag Force).

U$U$ மிதவிசை. (Buoyant force, இதனை முன்னோக்கு விசை,Upward Thrust என்றும் அழைப்பர்.).

W$W$ எடைவிசை. (Weight)

நீர்த்துளி இயல்இயக்க சமனிலையில்(Mechanical Equilibrium) இருக்க வேண்டுமெனில், அதன் மீது தொழிற்படும் விசைகளின் கூட்டு சுழியாக இருக்கவேண்டும்.

ஈர்ப்புவிசையின் திசையில் செயல்படும் விசை W.$W.$

ஈர்ப்புவிசைக்கு எதிர்திசையில் (கீழ்நோக்கிய இயக்கத்தை எதிர்க்கும்) செயல்படும் விசைகள் Fd,U$F_d,U$.

சமநிலைக்கு,

W−Fd−U=0$W-F_d-U=0$

W=Fd+U$W=F_d+U$

W=π6d3(ρ)g$W=\frac{\pi }{6}{d}^3(\rho )g$

Fd=12CdA(σ)v2$F_d=\frac{1}{2}{C}_{d}A(\sigma )v^2$

U=π6d3(σ)g$U=\frac{\pi }{6}{d}^3(\sigma )g$

இதில், d$d$ - நீர்த்துளி விட்டம்.

ρ$\rho$ - நீர்த்துளியின் அடர்த்தி.

σ$\sigma$ - நீர்த்துளி விழும் பாய்மத்தின் அடர்த்தி.(இங்கு காற்று).

Cd$C_d$ - இழுவிசை உடனெண். (Drag Co-efficient).

A$A$ - வீழ்த்தப்பட்ட பரப்பளவு (Projected Area).

v$v$ - ஈற்றுவேகம்.

g$g$ - ஈர்ப்புவிசை முடுக்கம்.

இவற்றை W=F+U$W=F+U$ எனும் சமன்பாட்டில் உள்ளிட்டு தீர்த்தால்,

v=4gd(ρ−σ)3Cdσ−−−−−−√$v=\sqrt{\frac{4gd(\rho -\sigma )}{3C_d\sigma }}$

என்று கிடைக்கும்.

குறிப்பு: நாம் பாய்மத்தில் இருக்கும் பொருளின் அடர்த்தி, பாய்மத்தின் அடர்த்தியை விட கூடுதலானது என்று கொள்ளும்போது(ρ>σ)$\rho >\sigma )$ மேற்காணும் சமன்பாடு செல்லும். அதேவேளை, பொருளின் அடர்த்தியானது, அதுசெல்லும் பாய்மத்தின் அடர்த்தியைக் காட்டிலும் குறைவாக இருந்தால்(ρ<σ)$(\rho <\sigma )$, அது மேலெழும்பும். (எ.கா., ஈலியம் பலூன்கள்) அப்போது, மேற்கண்ட சமன்பாட்டில் ஒரு எதிர்மறை குறியீட்டையும் (−)$(-)$சேர்த்தெழுத வேண்டும்.

(இடப்பக்க படம்:நேரம் அதிகரிக்கையில், பொருளின் வேகம் நிலையானதொரு வேகத்தை அடைகிறது.

வலப்பக்க படம்: நேரம் செல்கையில், பொருளின் முடுக்கம் குறைந்துகொண்டே வந்து ஒருகட்டத்தில், சுழியாகிறது. அவ்விடமே ஈற்றுவேகம்.)

இதில் வீழ்த்தப்பட்ட பரப்பளவு என்றாலென்ன என்று அறிய வேண்டியது இன்றியமையாததாகும். ஒரு முப்பரிமாண வடிவத்தினை இருப்பரிமாண தளத்தில் வீழ்த்துவது, செங்குத்து வீழ்த்தல் (Orthographic projection) என்று அழைக்கப்படும். ஏன் செங்குத்து வீழ்த்தல்? முப்பரிமாண வடிவத்தில் இருந்து நீட்டிக்கப்படும் கோடுகள் வீழ்த்தப்படும் இருபரிமாண தளத்திற்கு செங்குத்தாக அமைவதால் செங்குத்து வீழ்த்தல் எனப் பெயர்பெற்றது.

இது மிகவும் எளிமையான கருத்துரு தான். நீங்கள் ஒரு பொருள் மீது வெளிச்சம் பாய்ச்சி, சுவரில் அதன் நிழல் விழும்படி செய்வீர்கள் (வீழ்த்துவீர்கள்) இல்லையா? அதுதான் செங்குத்து வீழ்த்தல். முப்பரிமாணத்தை இருபரிமாண மாக்கும் வித்தைதான் இது. இதனைப் பொறியியல் மாணவர்கள் கற்பார்கள்.

(செங்குத்து வீழ்த்தலில், மூன்று பார்வைகள்(வீழ்த்தல்கள்) முதன்மையானது. இம்மூன்றையும் இணைத்தால், முப்பரிமாண வடிவம் கிடைக்கும். அவை, முகப்பார்வை(Front view), மேற்பார்வை(Top view), பக்கவாட்டுப்பார்வை(Side view). அதுவே, இப்படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது.)

நிறையுடன் ஒப்பிடுகையில், கூடுதலான வீழ்த்தப்பட்ட பரப்பளவைக் கொண்ட பொருட்களுக்கு குறைந்த ஈற்றுவேகம் இருக்கும். எ.கா பாராசூட்கள்.

(கோளவடிவின் செங்குத்து வீழ்த்தல் படம் வட்டமாக இருக்கும். வட்டம்தான் முப்பரிமாணத்தில் கோளம். இடையிலுள்ள படம் கோளத்தின் செங்குத்து வீழ்த்தலைக் காட்டுகிறது.)

அதுவே, நிறையுடன் ஒப்பிடுகையில் குறைவான வீழ்த்தப்பட்ட பரப்பளவைக் கொண்ட பொருட்களுக்கு அதிக ஈற்றுவேகம் இருக்கும். எ.கா துப்பாக்கித் தோட்டாக்கள்.

பொதுவில், ஒரே அளவுள்ள வடிவத்துக்கும்(size), பொருளுக்கும்(material) ஈற்றுவேகம், அப்பொருளின் வடிவ அளவு(Geometric size) அதிகரிக்க அதிகரிக்க கூடும். ஏனெனில், எடைவிசையானது ஒருப்பொருளின் நேரிசை பரிமாணத்தின்(Linear dimension, இங்கு விட்டம்) மூவடுக்குடன் நேர்விகிதத்தில்(directly proportional to cube of linear dimension) இருக்கிறது.(W∝r3)$(W\propto r^3)$ காற்றெதிர்ப்பு(Air resistance) பொருளின் குறுக்குப் பரப்பளவுடன்(cross sectional area) நேர்விகிதத்தில் இருக்கிறது. (Airresistance∝Ac).$(Airresistance\propto A_c).$இக்குறுக்குப் பரப்பளவு பொருளின், நேரிசை பரிமாணத்தின் ஈரடுக்கு (square) உயரும்போதே உயரும்.(Ac∝r2)$(A_c\propto r^2)$ இதன் விளைவாக, பொருளின் அளவு அதிகரிக்கையில், எடைவிசைதான் அதிகரிக்கிறது.

விலங்குகளின் வடிவ அளவைப் பொறுத்து, அவை கீழே விழும்போது நேரும் தாக்கங்கள் குறித்து, உயிரியலாளர் ஜே.பி.எஸ் ஆல்தேன்(JBS Haldane) பின்வருமாறு எழுதுகின்றார்.

எலி முதலிய சிறிய விலங்கினங்களுக்கு ஈர்ப்புவிசை எந்த சேதத்தையும் விளைவிப்பதில்லை. எலியை ஆயிரம் அடி உயரத்தில் இருந்து கீழே விழச்செய்தாலும், தரையை அடையும்போது, சிறிது அதிர்ச்சியுடன் நடந்து ஓடிவிடும். அதேவேளை ஒரு மனிதனின் எலும்புகள் உடைகின்றன; குதிரை உடல்சிதறுகிறது. ஈர்ப்புவிசையின் தாக்கம், பொருளின் பரப்பளவிற்கு (Surface Area) நேர்விகிதத்தில் அமைந்துள்ளது.

இரும்புப் பந்தைக் காட்டிலும், சிறகு காற்றில் ஊசலாடிய படிதான் விழுகிறது. தமது நிறையை பொருளின் பரப்பு முழுதிலும் சீராக பகிர்ந்துள்ள வடிவங்கள் குறைவான ஈற்றுவேகத்தைப் பெற்றிருக்கும்.

நீர்த்துளியின் விட்டம் சிறிதாக இருக்கையில் ஈர்ப்புவிசையின் பிடியினை , வெம்மையான காற்றோட்டம் எதிர்கொண்டு வென்றுவிடுகிறது. அதேபோல், நீர்த்துளிகளின் ஈற்றுவேகமும் மிகக்குறைவாக இருப்பதால், அவை வானில் மேகக்கூட்டங்களாக நீண்டகாலம் இருக்கமுடியும். நீர்த்துளிகள் ஒன்றிணைந்து, அவையின் விட்டம் எப்போது ஒரு குறிப்பிட்ட வரம்பை மீறுகிறதோ, ஈற்றுவேகம் அதிகரித்துவிடும். ஈர்ப்புவிசையின் கை ஓங்கிவிடும். அது மழையாக பெய்கிறது. உலகோர் பசியெல்லாம் தீர்க்கிறது.

"மாமழை போற்றுதும்;மாமழை போற்றுதும்"