அறிவியல் அறிவோம்- 10: இனி கம்பளத்தில் பறக்கலாம்!

அராபிய இரவுகள் கதையில் பறக்கும் கம்பளம் வரும். அந்தக் கற்பனையை நிஜமாக்கிக் காட்டியுள்ளார் பிரின்ஸ்டன் பல்கலைக்கழகத்தின் நோஹா ஜெப்ரிஸ் (Noha Jafferis) எனும் மின் பொறியியல் ஆய்வு மாணவர்.

எல். மகாதேவன் எனும் கணிதவியலாளரின் ஒரு கணிதக் கட்டுரையை தற்செயலாக படிக்கும்போதுதான் இந்த அற்புதமான ஆய்வைச் செய்து பார்க்க வேண்டும் என்று ஜெப்ரிஸ்க்கு உத்வேகம் வந்தது என்பது ஒரு கூடுதல் செய்தி.

தவறிய ஷீட்

சென்னை ஐ.ஐ.டி யில் படித்துவிட்டுத் தற்போது அமெரிக்காவில் ஹார்வர்ட் பல்கலைக்கழகத்தில் பணியாற்றும் விஞ்ஞானிதான் மகாதேவன். 2007-ஆம் வருடம் ஒரு அறிவியல் கருத்தரங்கில் தனது உரையை நிகழ்த்தி முடித்திருந்தார்.

மெல்லிய பிளாஸ்டிக் ஷீட்டில் எழுதியும் வரைந்தும் OHP எனும் ப்ரொஜெக்டர் கொண்டு திரையில் காண்பித்தும்தான் அறிவியல் உரை நிகழ்த்துவார்கள். அவ்வாறு தான் மகாதேவனும் தனது கணித ஆய்வு உரையை நிகழ்த்தி முடித்திருந்தார். பேசி முடித்ததும், மேஜையின் மீது இருந்த ஷீட்களைத் திரட்டி எடுக்கும்போது ஒன்று கைதவறிக் கீழே விழுந்துவிட்டது.

ஏன் கூடுதல் நேரம்?

மேஜையின் மேலிருந்து கீழே விழுந்த அந்த ஷீட் கல்லைப் போல சர் என்று விழாது என்பது தெரியும். காற்றின் மிதத்தி விசை (Buoyancy) காரணமாகப் பேப்பர் ஆடி ஆடி மெல்லத் தான் கீழே விழும். அதே போலத்தான் சற்றே மெல்லப் பிளாஸ்டிக் ஷீட்டும் கீழே விழவேண்டும் என்று தான் நாம் எதிர்பார்ப்போம். ஆனால் பேப்பர் விழும் கால அளவை விட மேலும் கூடுதல் நேரம் மிதந்து மிதந்து சென்றது அந்தப் பிளாஸ்டிக் ஷீட். கீழே விழும் பிளாஸ்டிக் ஷீட் பேப்பரைப் போல விறைப்பாக இல்லாமல் வளைந்து மடிந்து மடிந்து அலைகள் போல அதிர்வு கொண்டு விழுவதைக் கண்டார் மகாதேவன்.

ஏன் பிளாஸ்டிக் ஷீட் மட்டும் கூடுதல் நேரம் மிதக்கிறது என ஆராய்ந்தார் மகாதேவன். வளைந்து மடிந்து விழுவதற்கும் அதிக நேரம் காற்றில் மிதப்பதற்கும் ஏதோ தொடர்பு இருக்கவேண்டும் எனக் கருதினார் அவர். ஜன்னி கண்ட ஒருவர் உடம்பு உதறுவதுபோல மிக மெல்லிய ஷீட் வெகுவேகமாக அதிர்வு கொண்டு அசைந்தால் அந்த ஷீட் கீழே விழாமல் காற்றில் பறக்கும் எனக் கண்டார் மகாதேவன்.

அதிர்ந்தால் உயரும்

மகாதேவன் செய்தது கணிதவியல் ஆய்வு. நடைமுறையில் பறக்கும் கம்பளத்தைக் காட்டும் பொறியியல் ஆய்வு அல்ல. ஆழ் கடலில் வாழும் திருக்கை ரே மீன் கூட இப்படித் தான் தன் உடலை குலுக்கிக் குலுக்கி அதிர்வு செய்து நீரில் நீந்துகிறது. அதுபோலவே ஏதாவது முறையில் கம்பளத்தை அலைகள் போல அசைத்து அதிரச் செய்தால் போதும். அது நிலத்திலிருந்து உயரே சென்று காற்றிலும் மிதக்கும் என மகாதேவன் வடித்த கணிதம் கூறியது.

இந்தக் கட்டுரை தான் நோஹா ஜெப்ரிஸ் கண்ணில் பட்டது. மகாதேவனின் கணித ஆய்வு கூறுவதைப் படிக்கப் படிக்கப் பரவசமானார் ஜெப்ரிஸ். நடைமுறையில் பறக்கும் கம்பளத்தைச் செய்து பார்த்தால் என்ன என துணிந்தார் அவர்.

வலிப்பு வந்த ஷீட்

தனது ஆய்வுக்காக ஜெப்ரிஸ் எடுத்துக்கொண்டது அராபிய கம்பளமோ, காஷ்மீர் கம்பளமோ அல்ல. ஒரு கர்சீப் அளவு உள்ள பிளாஸ்டிக் ஷீட் தான். சுமார் 4 அங்குலம் நீளமும் வெறும் 1.5 அங்குலம் அகலமும் மற்றும் 1/100 அகலம் தடிமன் உடைய பீசோ மின் இயக்கப் பொருளால் (piezoelectric) ஆன ஷீட் தான் அது.

இந்தப் பீசோ மின் பொருள்மீது மின்சாரம் பாய்ச்சும் போது அது சுருங்கும். எனவே அந்தப் பீசோ மின் ஷீட்டின் மீது அங்கும் இங்கும் எலெக்ட்ரோட் (electrodes) பொருத்தி மின்சாரம் பாய்ச்சினால் பீசோ மின் ஷீட் அங்கும் இங்கும் பாம்பு நெளிவது போல மேலும் கீழும் சுருங்கி விரியும்.

அந்த ஷீட்டில் சரியான இடங்களில் எலக்ட்ரோட் பொருத்தி, குறிப்பிட்ட பாணியில் மின்விசை செலுத்தி, அதிர்வு அலைகளை ஏற்படுத்தி, வலிப்பு வந்தது போலவும் பாம்பு நெளிவது போலவும் விரிந்து சுருங்கி ஆடச் செய்தார் ஜெப்ரிஸ். கடல் அலை நடனம் செய்வது போன்ற காட்சியை அந்த ஷீட் நமது பார்வைக்குத் தரும். இவ்வாறு நடனம் செய்யும் நிலையில் ஷீட் காற்றில் மிதக்க முடியும் எனக் கண்டார் ஜெப்ரிஸ்.

மிதந்தால் போதுமா?

பறக்கும் ‘கர்சீப்’ காற்றில் மிதந்தால் மட்டும் போதாது. முன்னோக்கி உந்துகை பெறவும் வேண்டும் அல்லவா? இவ்வாறு சுருங்கி விரியும் போது இரண்டு ஷீட்டின் உள்ளே உள்ள காற்றும் முன்னும் பின்னும் நகரும். அதனால், ஷீட் காற்றில் பறப்பது மட்டுமல்ல, முன்னோக்கியும் உந்துகை பெறும்.

அந்த ஷீட்டில் ஏற்படும் அலைகள் முன் பகுதியிலிருந்து பின் நோக்கிச் செல்லும். அப்போது அலைகளின் முகடுகளில் தேங்கும் காற்றும் அலைகள் செல்லும் திசையில் ஷீட்டின் கீழ்ப் புறமாகப் பயணம் செய்யும். இறுதியில் ஷீட்டிலிருந்து காற்று வெளிப்படும். எனவே, நியூட்டனின் மூன்றாம் விதியின் படி, காற்று வெளிப்படும் திசைக்கு நேர் எதிராக ஷீட் முன் நோக்கி உந்துதல் பெற்று நகரும் எனவும் ஆய்வில் நிறுவினார் ஜெப்ரிஸ்.

நொடிக்கு 0.3 மில்லிமீட்டர் என்று நத்தை வேகத்துக்கு 0.1 மில்லிமீட்டர் தடிமனில், கர்சீப் அளவே உள்ள இந்த ‘பறக்கும் கம்பளத்தை’ பறக்க வைக்க நொடிக்கு 10 தடவைக்கு 0.25 மில்லிமீட்டர் உயரத்துக்கு அதிர்வு அலைகளை உருவாக்கவேண்டும் என்று கணிதம் தெரிவித்தது. 1 மில்லிமீட்டர் உயரம் முதல் 1.5 மற்றும் 2 மில்லிமீட்டர் உயரத்தில் ஜெப்ரிஸ் தனது பறக்கும் ‘கர்சீபை' சோதனை செய்து பார்த்தார். மகாதேவன் செய்த கணிதத்தோடு அவரது செயல்முறை ஆய்வு பரிசோதனை ஒற்றுமை கண்டது.

செவ்வாய்க்கு

தரையின் உராய்வு விசையை மீறி முதன் முதலில் தரையிலிருந்து மேலே உயரச் செய்ய நொடிக்கு 20 செ.மீ வேகத்தில் இயக்கினால் மட்டுமே பறக்கும் ‘கர்சீப்’ மேலே உயர்ந்தது. மேலும், பறக்கும் ‘கர்சீப்’புக்கு வேண்டிய ஆற்றலை வெளியிலிருந்து வயர் மூலம்தான் தரமுடிந்தது. எனவே, செக்கில் கட்டிய மாடு போல சில சென்டிமீட்டர் தொலைவு தான் பறக்கும் ‘கர்சீப்’ செல்ல முடிந்தது. மேலும், அதிகபட்சம் தரையிலிருந்து வெறும் இரண்டு மில்லிமீட்டர் உயரம் மட்டுமே பறக்க முடிந்தது.

ஒரே ஒரு மனிதன் பறக்கும் கம்பளத்தில் பறக்க வேண்டும் என்றால் சுமார் 15 மீட்டர் நீளமும் அகலமும் கொண்ட கம்பளம் வேண்டும் என்று ஆய்வு காட்டியது. இன்றுள்ள நிலையில் வெறும் சில மில்லிமீட்டர் உயரம் தான் பறக்கவும் முடியும். ஆனால், இவையெல்லாம் இன்றைய வரம்புகள்.

ஆயினும், சூரிய மின்சாரம் கொண்டு இயக்கி, ரோபோக்களைப் பறக்கும் கம்பளத்தில் வைத்து, செவ்வாய் கிரகம் முதலிய இடங்களில் அனுப்பி ஆய்வு செய்ய எதிர்காலத்தில் வாய்ப்புள்ளது என ஜெப்ரிஸ் கருதுகிறார்.