புதிய கண்டுபிடிப்புகள்: நீர்க்குமிழிகள் ஒன்றுதிரள்வது ஏன்?

சோடாவை ஒரு கோப்பையில் ஊற்றும்போது அதன் மேலே குமிழிகள் தோன்றும். அலுங்காமல் பார்த்துக் கொண்டிருந்தால் அதில் பல குமிழிகள் உடைந்து போக, இறுதியில் ஒரு சில குமிழிகள் மட்டுமே இருக்கும். அந்தக் குமிழிகளைக் கவனித்தால், கோப்பையின் விளிம்பில் அல்லது மையத்தில் திரண்டு ஒன்றுடன் ஒன்று ஒட்டிக்கொண்டிருக்கும்.

ஒரு கோப்பை நீரில் சிறிதளவு கொத்தமல்லி விதைகளைப் போடுங்கள். விதைகள் கோப்பையின் விளிம்பை நோக்கி நகர்ந்து திரளும் அல்லது நடுவே திரளும்.

மேலை நாடுகளில் ஓட்ஸ் தானியத்தில் செய்யப்படும் சீரியோஸை (Cheerios) பால் சேர்த்து உண்பார்கள். கிண்ணத்தின் நடுவில் அல்லது விளிம்பில் சில சீரியோஸ் மட்டும் கொத்தாகத் திரளும். இந்த நிகழ்வுக்குத் திரவ இயக்கவியலில் ‘சீரியோஸ் விளைவு’ (cheerios effect) என்று பெயர்.

ஏன் திரள்கின்றன?

ஹார்வர்ட் பல்கலைக்கழகப் பேராசிரியர் லட்சுமிநாராயணன் மகாதேவன், கேம்பிரிட்ஜ் பல்கலைக்கழக டொமினிக் வெல்லா இருவரும் சேர்ந்து சோடா குமிழிகளும் கொத்தமல்லி விதைகளும் ஒன்று திரளும் ரகசியத்தைக் கண்டுபிடித்தார்கள்.

ஒரு பொருள் நீரில் மூழ்குமா அல்லது மிதக்குமா, காற்றில் ஒரு பொருள் மிதக்குமா அல்லது கீழே விழுமா என்பதை அந்தப் பொருள் மீது ஏற்படும் ‘மிதப்பு விசை’ தீர்மானிக்கிறது. கடலில் கப்பல் மிதப்பதும் காற்றில் பலூன் மிதப்பதும் மிதவை விசையின் செயல்பாடே. ஒரு பொருள் அதைச் சுற்றியுள்ள நீர் அல்லது காற்றைவிட அடர்த்தி குறைவாக இருந்தால் மிதக்கும்; அடர்த்தி கூடுதலாக இருந்தால் மூழ்கும்.

பரப்பு இழுவிசை

ஒரு கோப்பை நீரில் உள்ள பெரும்பாலான நீர் மூலக்கூறுகள் மற்ற நீர் மூலக்கூறுகளால் சூழப்பட்டுள்ளன. குறிப்பிட்ட புள்ளியில் ஒரு மூலக்கூறு இழுக்கும் திசைக்கு எதிர் திசையில் வேறொரு மூலக்கூறின் விசை இருக்கும். எனவே, இந்த இழுபறி நிலையில் நிகர விளைவு பூஜ்ஜியம்.

ஆனால், காற்றும் நீரும் கைகுலுக்கும் கோப்பை நீரின் மேற்பரப்பு சுவாரசியமானது. நீரின் மேலே உள்ள ஒரு புள்ளியை எடுத்துக்கொள்வோம். அந்தப் புள்ளியின் இடது புறம் ஒரு மூலக்கூறு விசை செலுத்தினால் வலது புறம் அதற்கு எதிரான திசையில் சமமான விசை ஏற்பட்டு விடும். எனவே, நிகர விசை பூஜ்ஜியம். ஆனால், அந்தப் புள்ளிக்குக் கீழே உள்ள ஒரு மூலக்கூறு கீழ் நோக்கித் தரும் விசைக்கு எதிராக எதிர் விசை இருக்காது. நீருக்கு மேலே காற்று உள்ளதால் அதற்கு எதிரான விசை இருக்காது. ஆகவே, நீரின் மேலே உள்ள ஒவ்வொரு மூலக்கூறும் கீழ் நோக்கி விசையை உணரும். பரப்பு இழுவிசை காரணமாக நீரின் மேலடுக்கு மூலக்கூறுகள் ஒன்றிணைந்து ரப்பர் விரிப்பு போலச் செயல்படுகின்றன.

மேற்பரப்பில் ஏற்படும் பள்ளம்

கிண்ணத்தில் நீரை எடுத்துக்கொண்டு அதில் ஒரே ஒரு மல்லி விதையைப் போடுங்கள். மல்லியின் அடர்த்தி நீரின் அடர்த்தியை விடக் குறைவாக இருப்பதால் அது மிதக்கும். ஆயினும் அதன் எடையின் கீழ் நோக்கிய விசை காரணமாக நீர்மட்டம் சரிந்து விதையைச் சுற்றிக் குழி போன்ற அமைப்பு உருவாகும்.

இப்போது இரண்டாவது விதையை வைக்கும்போது அதுவும் அதனைச் சுற்றி சிறு பள்ளத்தை ஏற்படுத்தும். இரண்டும் தற்செயலாக ஒன்றை ஒன்று நெருங்கி வரும்போது ஒன்றை ஒன்று கவர்வதுபோலத் தோற்றம் ஏற்பட்டு, ஒன்றின் பள்ளத்தில் மற்றது விழுந்து இரண்டும் இணைவது போன்ற தோற்றம் ஏற்படும். இரண்டு பள்ளங்களும் ஒன்றுடன் ஒன்று இணைந்துவிடும். அடுத்தடுத்த விதைகளும் இவ்வாறே கொத்துக்கொத்தாகத் திரண்டு விடும். சில நேரம் விதை விளிம்பின் அருகே நீரில் விழும் மல்லி விதை நீரின் மட்டதில் கவரப்பட்டு விளிம்பு நோக்கிக் குவியும்.

இரண்டு சந்தர்ப்பங்களிலும், மல்லி விதையின் இயக்கம் நீரின் மேற்பரப்பின் வடிவியலால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. அவற்றுக்கிடையே வேறு ஆற்றல் ஏதுமில்லை.

சீரியோஸ் விளைவால்தான் விண்மீன்கள் திரண்டு கேலக்சிகளையும், கேலக்சிகள் திரண்டு கேலக்சி திரள்களையும் ஏற்படுத்துகின்றன. பிரபஞ்சத்தில் அங்கும் இங்கும் இவ்வாறு திரட்சியாவதால் மீதமுள்ள வான்வெளி வெற்றிடமாக இருக்கிறது. சீரியோஸ் விளைவை அறிந்துகொள்வதன் மூலம் நீரின் மேல் நடக்கும்படியான நுண்ரோபோ உள்படப் பல்வேறு நவீன கருவிகளை உருவாக்க முடியும்.

கட்டுரையாளர், விஞ்ஞானி

தொடர்புக்கு: tvv123@gmail.com