அடடே அறிவியல்: கப்பலை மூழ்கடிக்கும் காற்று!

சினிமாவிலும், டி.வி.யிலும் நீர்மூழ்கிக் கப்பலைப் பார்த்திருப்பீர்கள். அந்தக் கப்பல் எப்படிக் கடலில் மூழ்குகிறது? பின்னர், கடல் நீரின் மேல் மட்டத்துக்கு எப்படி வருகிறது? இந்தக் கேள்விகளுக்கெல்லாம் விடை தெரிய வேண்டுமா? ஒரு சோதனை செய்தால் தெரிந்துவிடப் போகிறது.

தேவையான பொருள்கள்

மீன் தொட்டி, கண்ணாடி பாட்டில், பிளாஸ்டிக் பாட்டில், சிறிய பிளாஸ்டிக் பந்து, ஊசி, மெழுகுவர்த்தி.

சோதனை

1. ஒரு சிறிய மீன் தொட்டியில் முக்கால் பாகம் நீரை நிரப்பிக்கொள்ளுங்கள்.

2. அதில் ஒரு சிறிய பிளாஸ்டிக் பந்தை மிதக்க விடுங்கள்.

3. நீரில் மிதக்கும் பந்து மீது ஒரு கண்ணாடிப் பாட்டிலைத் தலைகீழாகக் கவிழ்த்துப் பிடித்துக்கொள்ளுங்கள்.

4. இப்போது மீன் தொட்டியின் அடிப்பகுதியைத் தொடும் அளவுக்குத் தண்ணீருக்குள் அதை அமிழ்த்துங்கள். இப்போது என்ன நடக்கிறது எனப் பாருங்கள். தண்ணீர் பாட்டிலுக்குள் ஏறாமல் இருப்பதையும் பந்து மீன் தொட்டியின் அடிப்பகுதியில் நனையாமல் இருப்பதையும் பார்க்கலாம். இதற்கு என்ன காரணம்?

5. இப்போது தண்ணீர் பாட்டிலின் மேற்புறத்தில் உள்ள வளைந்த பகுதியைக் கத்தரிக்கோலால் வெட்டி எடுத்துவிடுங்கள்.

6. ஒரு மெழுகுவர்த்தியை ஏற்றி, சுடரில் ஆணியைச் சூடுபடுத்தி, பிளாஸ்டிக் பாட்டிலின் பின்பகுதியில் துளையிட்டுக் கொள்ளுங்கள்.

7. பாட்டிலில் உள்ள துளையை ஒரு விரலால் மூடி, தண்ணீரில் மிதக்கும் பந்து மீது பாட்டிலைக் கவிழ்த்துத் தொட்டியின் அடிப்பாகம் வரை அமிழ்த்துங்கள்.

8. அமிழ்த்தி வைக்கப்பட்ட பிறகு துளையிலிருந்து விரலை எடுத்துவிடுங்கள். இப்போது என்ன நடக்கிறது எனப் பாருங்கள். விரலை எடுத்தவுடன் நீரில் காற்றுக் குமிழ்கள், மேலே வரும். பாட்டிலுக்குள் நீர் மட்டம் மேலேறுவதையும் பார்க்கலாம். இதற்குக் காரணம் என்ன?

நடப்பது என்ன?

வளி மண்டலம் என்பது பூமியின் மேற்பரப்பைச் சுற்றியுள்ள காற்று பகுதி. காற்று பல வாயுக்கள் கலந்த கலவை. நாம் வளிமண்டலத்தில் வாழ்ந்து கொண்டிருக்கிறோம். காற்று நிறைந்திருக்கும் பாத்திரத்தின் எல்லாப் பரப்புகளிலும் ஓர் அழுத்தத்தை ஏற்படுத்துகின்றது. ஓரலகுப் பரப்பில் செயல்படும் காற்றின் எடையே (விசை) காற்று அழுத்தம் ஆகும்.

முதலில் பந்தை தண்ணீரில் போட்டதும், மிதக்கும் காற்றுள்ள பந்தின் நிகர அடர்த்தி (Density) தண்ணீரின் அடர்த்தியைவிட குறைவாக இருக்கும். எனவே பந்து மிதக்கிறது. கண்ணாடி பாட்டிலை பந்தின் மீது தலைகீழாக வைத்து தண்ணீருக்குள் தொட்டியின் அடிப்பாகம் வரை அமிழ்த்தினோம் அல்லவா? அப்போது, பந்து பாட்டிலின் அடியில் மிதக்கும்.

கண்ணாடி பாட்டிலுக்குள் முழுவதும் காற்று நிரம்பி இருப்பதால், நீர் உள்ளே செல்ல முடியவில்லை. லேசாக பாட்டிலைச் சாய்த்தால் பாட்டிலுக்குள்ளிருக்கும் காற்று வெளியே வரும். காற்று இருந்த இடத்தை நிறைவு செய்ய மீன் தொட்டியில் உள்ள நீர், பாட்டிலுக்குள் செல்லும். இப்போது பாட்டிலுக்குள்ளே உள்ள நீர் மட்டத்தில் பந்து மிதக்கும். முற்றிலுமாகக் காற்றை வெளியேற்றிவிட்டால் கவிழ்ந்த பாட்டிலுக்குள் நீர் நிரம்பி, பந்து மேல்மட்டத்தில் மிதக்கிறது.

துளையிடப்பட்ட பிளாஸ்டிக் பாட்டிலை நீருக்குள் அழுத்தி, விரலை எடுத்தோம் அல்லவா? துளை திறந்தவுடன் பாட்டிலுக்குள் இருந்த காற்று, மேல் நோக்கி வெளியேறியதும் நீர் உள்ளே சென்றது. பாட்டிலுக்குள் காற்று இருந்ததால் நீர் உள்ளே செல்லவில்லை. இதிலிருந்து பாட்டிலுக்குள் காற்று இருந்ததை அறிந்துகொள்ள முடிகிறதா? காற்று ஓர் இடத்தை அடைத்துக்கொள்கிறது என்பதே இந்தச் சோதனை சொல்லும் சேதி.

பயன்பாடு

நீர்மூழ்கிக் கப்பல் கடலுக்கு மேலேயும் கடலுக்கடியிலும் பயணம் செய்யும். கப்பலில் உள்ள நீராவி எஞ்சின்களே இதை இயக்குகின்றன. கப்பலின் நடுப் பகுதியில் அழுத்தப்பட்ட காற்று உருளை (Cylinder) ஒன்று வைக்கப்பட்டிருக்கும். கப்பலின் இருபுறமும் இரண்டு நீர்த்தொட்டிகள் உள்ளன. இத்தொட்டிகளில் காற்று அல்லது நீரைக் கொண்டு நிரப்பி, நீர் மூழ்கிக் கப்பலை மிதக்கவும் மூழ்கவும் வைக்கலாம். இருபுறங்களிலும் உள்ள தொட்டிகளில் மேற்பகுதியிலும் கீழ்ப்பகுதியிலும் மூடித் திறக்கும் வால்வுகள் உள்ளன.

இப்போது நீருள்ள மீன் தொட்டியைக் கடலாகவும், பாட்டிலை நீர்மூழ்கிக் கப்பலாகவும் கற்பனை செய்துகொள்கிறீர்களா? பாட்டிலில் உள்ள துளையைத் திறந்தவுடன் நீர் பாட்டிலுக்குள் போனது அல்லவா? அதைப் போலவே நீர்மூழ்கிக் கப்பலின் தொட்டியில் மேலும் கீழும் உள்ள வால்வுகளைத் திறந்தவுடன் கடல் நீர் தொட்டிகளில் நிரம்பிவிடும். உள்ளிருந்த காற்று மேலே உள்ள வால்வு மூலம் வெளியேறும். தொட்டிகளில் நீர் நிரப்பப்பட்ட கப்பலின் அடர்த்தி நீரைவிட அதிகம். எனவே கப்பல் மூழ்கும்.

தொட்டிகளின் மேற்புறத்தில் உள்ள வால்வுகளை மூடி, காற்று உருளையிலிருந்து தொட்டிக்குள் காற்று செலுத்தப்பட்டவுடன், தொட்டிக்குள் இருக்கும் நீர் வெளியேற்றப்படும். இதனால், கப்பலின் அடர்த்தி நீரைவிட குறையும். எனவே கப்பல் மெதுவாக மேல் மட்டத்துக்கு வந்து மிதக்கும். தொட்டிகளில் உள்ள வால்வுகளை மூடித் திறந்து, காற்றையும் நீரையும் நிரப்புவதால் நீர்மூழ்கிக் கப்பல்கள் நீரில் மூழ்கிச் செல்கின்றன.

இதற்குக் காரணம், காற்று ஓர் இடத்தை அடைத்துக்கொள்கிறது என்ற பண்புதான் என்பது இப்போது புரிந்திருக்குமே!

- கட்டுரையாளர்: இயற்பியல் பேராசிரியர், அறிவியல் எழுத்தாளர்
தொடர்புக்கு: aspandian59@gmail.com