வேகத்தடை மீறும் மழைத்துளிகள்

விஞ்ஞானிகளால் ஏற்கெனவே வரையறுத்த வேகத்தைவிட அதிகமான வேகத்தில் நுண் மழைத்துளிகள் கீழே விழுவதாகச் சமீபத்தில் சவுத் கரோலினா பல்கலைக்கழகத்தை சார்ந்த விஞ்ஞானிகள் கண்டுபிடித்துள்ளனர்.

அமளிதுமளி மேகம்

மேகத்தில்தான் மழைத் துளி உருவாகிறது. மழைத் துளி உருவானதும் உடனே கீழே விழுவது இல்லை. உள்ளபடியே மேகம் என்பது அமளிதுமளி நிறைந்த இடம். அங்கும் இங்கும் மேலும் கீழும் காற்று அமளியாக இருக்கும் நிலையில் மேகத்தில் இருக்கும் மிகமிக நுண்ணிய நீர்த் திவலைகள் பூமியில் விழ முடியாது. பந்து எறிந்து காட்ச் பிடிப்பது போலக் காற்று அதனை அங்கும் இங்கும் நகர்த்தி மேகத்தில் வைத்து இருக்கும்.

சில சமயம் ஏதாவது தூசு தும்பில் அந்த நுண் திவலை பட்டு ஒட்டிக்கொண்டால் அது திரட்சி பெற்று மழைத் துளியின் கருவாக மாறும். மேலும் மேலும் நுண் திவலைகள் திரண்டு படர்ந்து மழைத் துளி மேலும் மேலும் பெரிதாகும். குறிப்பிட்ட அளவு பெரிதானதும் அதன் எடை கூடிக் காற்றினால் தாங்கும் அளவை விட அதிகமாகும். அப்போதுதான் மழைத் துளி கீழ் நோக்கி விழத் தொடங்கும்.

துப்பாக்கிக் குண்டாய்

பொதுவாகவே, பூமியின் மேலே இருந்து விழும் பொருள்கள் புவியீர்ப்பு விசையால் கவரப்பட்டு கீழே வேக வேகமாக விழும் என நாம் அறிவோம். புவியீர்ப்பு விசைக்கு ஒரு கணித பார்முலா என 9.80665 m/s2. உள்ளது. அதாவது நொடிக்கு ஒன்பது மீட்டர் வேகம் கூடிக்கொண்டே போகும். வேறு வார்த்தையில் கூறினால் புவியீர்ப்பு விசையில் விழும் பொருளின் வேகம் காலம் செல்லச் செல்ல மேலும் மேலும் கூடும் என்பதாகும்.

கீழ் நோக்கி விழும் மழைத் துளியைப் புவியீர்ப்பு விசை கவர்ந்து இழுக்கும் அல்லவா? புவியீர்ப்பு விசையில் படும் துளி மேலும் மேலும் முடுக்கு வேகம் (acceleration) அடை யும். அவ்வாறு முடுக்கு வேகம் பெற்று மேலும் மேலும் அதன் வேகம் கூடும்.

இந்த ஒரு விசை மட்டும்தான் கீழே விழும் மழைத் துளி மீது தாக்கம் செலுத்தும் விசை என்றால் ஒரு கிலோமீட்டர் உயரத்திலிருந்து கீழே விழும் மழைத் துளி 14 நொடியில் சுமார் மணிக்கு 504 கி.மீ. வேகத்தில் விழவேண்டும். இவ்வளவு வேகத்தில் மழை விழுந்தால் தலையில் துப்பாக்கிக்குண்டு பாய்வது போல!

எதிர்க்கும் உராய்வு

நல்லவேளையாக மழைத்துளி வளிமண்டலத்தின் ஊடேதான் கீழே விழுகிறது. எனவே காற்று உராய்வு எனும் மேலும் ஒரு விசை மழைத் துளி மீது தாக்கம் செலுத்தும். பொதுவாகவே, உராய்வு விசை சலனம் செய்யும் திசைக்கு நேர் எதிர் திசையில் தாக்கம் செலுத்தும். எனவே விழும் மழைத்துளியின் வேகத்தை காற்று உராய்வு விசை மட்டுப்படுத்தும்.

வேறு வார்த்தையில் சொன்னால், புவியீர்ப்பு விசை கீழ் நோக்கி முடுக்கு வேகத்தில் மழைத் துளியின் மீது தாக்கம் செலுத்துகிறது. காற்றின் உராய்வு விசை எதிர் திசையில் செயல்பட்டு மழைத் துளியின் வேகத்தை மட்டுப்படுத்துகிறது. ஆக, எதிரும் புதிருமான இரண்டு விசைகளின் தாக்கம் காரணமாக மழைத்துளியின் வேகம் உயர்ந்து கொண்டே போகாது. ஈர்ப்பு விசை முடுக்கு வேகம் தந்தாலும், மழைத்துளி குறிப்பிட்ட வேகம் அடைந்ததும் அதன் பின் வேகம் உயராது. இந்த இறுதி நிலை வேகத்தை ஈற்று வேகம் (terminal velocity) என்பார்கள்.

ஈற்றுவேகத்தின் கணிதம்

மழைத்துளியின் அளவு, நிறை, வளிமண்டல அடர்த்தி முதலிய சார்ந்து அதன் ஈற்று வேகம் என்னவாக இருக்கவேண்டும் என கணிக்கலாம். எடுத்துக்காட்டாக, அடைமழையில் விழும் 0.5 மில்லிமீட்டர் விட்டம் கொண்ட நுண் துளி நொடிக்கு 2.06 மீட்டர் வேகத்திலும் அதைவிட சற்றே பெரிய 1.2 மில்லிமீட்டர் விட்டம் கொண்ட துளி 4.64 மீட்டர் வேகத்திலும், 4.0 மில்லிமீட்டர் பெரிய துளி 8.83 மீட்டர் வேகத்திலும் ஆகப் பெரிய 5.0 மில்லிமீட்டர் துளி 9 மீட்டர் வேகத்திலும் ஈற்று வேகம் கொண்டு தரையில் விழும் எனக் கணிதம் செய்துள்ளனர்.

இந்த கணிதக் கொள்கையின்படி (theoretical computation) இவ்வாறு எந்த வேகத்தில் பூமிக்கு அருகில் மழைத்துளி விழும் எனக் கணிக்க முடியும் என்றாலும் உள்ளபடியே அப்படித்தான் விழுகிறதா என நேரடி நோக்கில் சான்று வேண்டும் அல்லவா?

கணிதம் மீறும் துளி

மழைத்துளி விழும் வேகத்தை அளவிடப் பல முயற்சிகள் மேற்கொள்ளப்பட்டன. முன்பு நடத்திய பல ஆய்வுகள் கணித மதிப்பீட்டுக்கு அதிகமான வேகத்தில் சிறு துளிகள் விழுகின்றன எனத் தெரிவித்தது. குறிப்பாக 2009- ல் அலெக்ஸாண்டர் கோஸ்டின்ஸ்கி (Alexander Kostinski) என்பவரும் ராய்மண்ட் ஷாவும் நடத்திய ஆய்வு மிகத் தெளிவாக சிறுசிறு நுண்துளிகளில் 30 சதவீதத் துகள்கள் அதன் ஈற்று வேகத்தைவிட கூடுதல் வேகத்தில் விழுகின்றன எனக் காட்டியது.

சில விஞ்ஞானிகள் வியந்தனர். ஆனால் சில விஞ்ஞானிகள் அந்தச் சான்றைச் சற்றே சந்தேகக் கண் கொண்டுதான் பார்த்தார்கள்.

உள்ளபடியே விழும் மழைத்துளி பெரிய துளி என்றால் அதன் ஈற்று வேகம் கூடுதலாக இருக்கும். அதிக ஈற்று வேகத்துடன் கீழே விழும் துளி அளவிடும் உணர்வியில் பட்டுத் தெறித்து உடைந்து சிறு துளியாகி மறுபடி விழும்போதும் கூடுதலான வேகம் கொண்டு இருக்கும் அல்லவா?

எனவே, உள்ளபடியே கோஸ்டின்ஸ்கி அளந்தது நேரடி மழைத் துளி அல்ல, பட்டுத் தெறித்து விழுந்த துளிகள் எனச் சில விஞ்ஞானிகள் மாற்றுக் கருத்து தெரிவித்தனர். எனவே தான் மதிப்பீட்டுக்கும் கூடுதலான ஈற்று வேகத்தில் நுண் மழைத்துளி விழுகிறது என சிலர் விளக்கம் கூறினர்.

இந்தச் சூழலில் தான் சமீபத்தில் மைக்கல் லார்சென் (Michael Larsen) என்பவர் கோஸ்டின்ஸ்கியுடன் இணைந்து மேலும் நுணுக்கமான ஆய்வை மேற்கொண்டார். 22 லேசர் அளவைக் கருவிகள் கொண்டு மொத்தம் ஆறு மழை நாள்களில் ஆராய்ந்து பார்த்தனர். இந்தக் கருவிகள் நொடிக்கு 55 ஆயிரம் படங்கள் எடுக்கும் திறன் படைத்தவை. இவ்வாறு எடுத்த படங்களைக் கணினி கொண்டு ஒப்பிட்டுப் பார்த்து 230 லட்சம் மழைத்துளிகளின் வேகம், அளவு முதலியவற்றைக் கூர்ந்து அவை கீழே விழும் நிலையில் அளந்து பார்த்தனர்.

மைக்கல் லார்சென்

கீழே விழும் நிலையில் அளவிட்டதால், பட்டுத் தெறித்த துளிகள் என யாரும் மறுப்புக் கூற முடியாது. இந்த ஆய்வில் 0.8 மில்லிமீட்டருக்கும் அதிகமான விட்டம் உடைய துளிகள் அதன் ஈற்று வேகத்தில் விழுந்தன. ஆனால் 0.3 மில்லிமீட்டருக்கும் குறைவான அளவு உடைய நுண்துளிகளில் 30 லிருந்து 60 சதவீதத் துளிகள் அவற்றின் ஈற்று வேகத்தைக் காட்டிலும் கூடுதல் வேகத்தில் விழுந்தன என்பது உறுதி செய்யப்பட்டது.

வேகத் தடை மீறும் துளி

ஈற்று வேகத்தை மீறி நுண் துளிகள் எப்படி கூடுதல் வேகம் கொள்கின்றன என்ற புதிய கேள்வி எழுந்துள்ளது. உள்ளபடியே பெரிய துளி அதன் அதிக ஈற்று வேகத்தில் விழும்போது நடுவில் உடைந்து சிறு நுண் துளிகளாக மாறினால், பூமியை அடையும்போது இந்த நுண் துளிகள் அவற்றின் ஈற்று வேகத்தை விடக் கூடுதல் வேகம் கொண்டு இருக்கும்.

இது தான் உண்மை என்றால் கீழே விழும்போது மழைத் துளி உடைந்து போவது ஏன் என்ற கேள்வி எழும். அறிவியல் என்பது வெறும் விடைகள் அல்ல, கேள்விகள் மேலும் மேலும் புதிய கேள்விகள் என்ற கருத்தை உறுதி செய்யும் வகையில் மேலும் நுட்பமான ஆய்வுகள் தேவை என்கின்றனர் வானியல் அறிஞர்கள்.

சிறு துளிகள் இயற்பியலில் வகுத்து இருந்த வேகத்தை விட வேகமாக விழுகின்றன என்பது வேகத்தடையை மீறி நெடுஞ்சாலையில் வாகனங்கள் வேக வேகமாக விரைந்து செல்லுவது போல. இது எப்படி நடக்கிறது என விஞ்ஞான உலகம் வியப்பில் ஆழ்ந்துள்ளது.

கட்டுரையாளர் புது டெல்லியில் உள்ள விக்யான் பிரச்சார் நிறுவனத்தின் விஞ்ஞானி.

தொடர்புக்கு: tvv123@gmail.com