அடடே அறிவியல்: வேடிக்கை விளையாட்டின் அறிவியல்

அம்மா, அப்பாவோடு பொழுதுபோக்குப் பூங்காவுக்குப் போயிருப்பீர்கள். ரோலர் கோஸ்டர் (Roller Coaster) என்றழைக்கப்படும் வேடிக்கைத் தொடர்வண்டியில் பெரியவர்களும் குழந்தைகளும் ஜாலியாக விளையாடி மகிழ்வதைப் பார்த்திருப்பீர்கள்.

ரோலர் கோஸ்டர் வளைவுகளுடனும், மேலும் கீழும் செல்லக்கூடிய குறுகலான உலோகப் பாதையில் ரொம்ப வேகமாகப் போகும். வட்டப்பாதையின் மேற்பகுதியில் அது போகும்போது அதில் உட்காந்திருப்பவர்கள் தலைகீழாகப் போவார்கள். தலைகீழாகப் போனாலும் அவர்கள் கீழே விழ மாட்டார்கள். இதற்கு என்ன காரணம்? வாங்க, ஒரு சோதனையைச் செய்வோம்.

தேவையான பொருள்கள்

பிளாஸ்டிக் பட்டைகள், இரண்டு பொம்மை கார்கள்.

சோதனை

1.செங்குத்து வட்டப்பாதையில் செல்வதற்கான பிளாஸ்டிக் பட்டையையும் பொம்மைகார்களையும் கடைகளில் வாங்கிக்கொள்ள வேண்டும்.

2.மஞ்சள் நிறப் பட்டைகளை மேஜையின் மீது வையுங்கள்.

3.பச்சை நிறப் பட்டைகளை வட்டமாக இணையுங்கள்.

4.மஞ்சள் நிறப் பட்டையின் ஒரு முனையில் காரை வேகமாக இயக்கச் செய்வதற்கு ஒரு விசை வில் இருக்கும். அது வெளிப்புற முனையில் இருக்குமாறு வட்டப்பாதையை இணையுங்கள்.

5.விசை வில் பொருத்தப்பட்ட மஞ்சள் பட்டை காரின் வட்டப்பாதையில் மேலே ஏறவும், விசை வில் இல்லாத மற்றொரு மஞ்சள் பட்டையை வட்டப்பாதை முடியும் இடத்திலும் இணைத்துக்கொள்ளுங்கள்.

6.விசை வில்லில் பொம்மை காரின் பின்பகுதியை அழுத்தி இணைத்துக்கொள்ளுங்கள்.

7.இப்போது விசை வில்லை அழுத்துங்கள். என்ன நடக்கிறது எனப் பாருங்கள்.

விசை வில்லை அழுத்தியவுடன் பொம்மை கார் வேகமாகச் சீறிப் பாயும். வட்டப்பாதையில் மேலே சென்று மேஜையின் தளத்த்துக்கு வருவதைப் பார்க்கலாம். மேஜையின் தளத்தில் உள்ள கார் கீழே விழாமல் வட்டப்பாதையில் சரியாகப் போனது எப்படி?

நடப்பது என்ன?

நாம் தினமும் பல்வேறு வேலைகளைச் செய்கிறோம் அல்லவா? பொருளின் மீது விசை செயல்பட்டு அதனால் ஒரு பொருள் நகர்ந்தால், வேலை செய்யப்பட்டது என அர்த்தம். வேலை செய்வதற்கு இயந்திரங்களையும் பயன்படுத்துகிறோம். வேலை செய்யப்படும் திறமையை ஆற்றல் என்கிறோம். வேலை செய்ய ஆற்றல் தேவை.

ஒரு பொருளைத் தரையை விட்டு மேலே தூக்கினால் அதன் நிலையினால் ஏற்படும் ஆற்றல் நிலையாற்றல் ஆகும். அணைகளில் தேக்கிவைக்கப்பட்ட நீர், உயரத்தில் உள்ள பொருட்கள், அமுக்கப்பட்ட சுருள்வில் ஆகியவற்றில் நிலையாற்றல் உண்டு. பொருளின் இயக்கத்தினால் பெற்றுள்ள ஆற்றல் இயக்க ஆற்றல் எனப்படும். வீசும் காற்று, இயங்கும் கார், பறக்கும் விமானம், வேகமாக வரும் கிரிக்கெட் பந்து என இவற்றிலும் இயக்க ஆற்றல் உள்ளது. ஆற்றலை ஆக்கவோ அழிக்கவோ முடியாது. ஆனால், ஒரு வகையிலிருந்து மற்றொரு வகைக்கு அதை மாற்ற முடியும். இதுவே ஆற்றல் அழிவின்மை விதி ஆகும்.

நமது சோதனையில் பொம்மைகார் விசை வில்லோடு பிணைக்கப்பட்டுள்ளது. விசை வில் என்பது ஒரு சுருள்வில் (Spring). அமுக்கி வைக்கப்பட்ட விசை வில்லை விட்டவுடன் சுருள்வில்லில் தேக்கி வைக்கப்பட்ட நிலையாற்றல் பொம்மை காருக்கு மாற்றப்படுகிறது. இதனால் கார் இயக்க ஆற்றலைப் பெற்று வேகத்துடன் சீறிப் பாய்கிறது. கார் கிடைமட்டமாகச் (Horizontal) சென்று பின்பு வட்டப் பாதையில் பயணித்து இறுதியாக மஞ்சள் பட்டையின் வழியாக மேஜை மீது வேகமாகச் செல்கிறது.

செங்குத்து (Vertical) தளத்தில் உள்ள வட்டப் பாதையில் இயங்கும் ஒரு பொருளின் வேகம் சீராக இருக்காது. இது சீரற்ற இயக்கம் ஆகும். காரின் இயக்கம் ஆற்றல் மாறா விதிப்படியே அமைகிறது.

மேற்பகுதியைவிடக் கீழ்ப்பகுதியில் காரின் வேகம் அதிகமாக இருந்தது அல்லவா? காரின் வேகம் 2.2 மடங்கு அதிகமாக இருக்கும். அதிக வேகத்தினால் கார் பெறும் இயக்க ஆற்றல் (Kinetic Energy) படிப்படியாகக் குறைகிறது. அது காரின் நிலை ஆற்றலை அதிகரிக்கச் செய்கிறது. கீழ்பகுதியில் காருக்கு இயக்க ஆற்றல் மட்டுமே உண்டு. ஆனால், மேற்பகுதியில் காருக்கு இயக்க ஆற்றலும் நிலை ஆற்றலும் இருக்கும். செங்குத்து வட்டப் பாதையில் கீழ்ப்பகுதியில் காரின் மொத்த ஆற்றலும் மேற்பகுதியில் உள்ள மொத்த ஆற்றலும் சமம். ஆற்றல் அழிவின்மை விதிப்படிதான் கார் கீழே விழாமல் வட்டப் பாதையில் சென்று வெளியே வருகிறது.

பயன்பாடு

பொழுதுபோக்கு பூங்காக்களில் ரோலர் கோஸ்டர் போன்ற வேடிக்கை வாகனத்தில் அமர்ந்து மகிழ்ச்சியாகப் பயணம் செய்யலாம். ரயில் வண்டிகளில் இன்ஜின் இருப்பதைப் போல ரோலர் கோஸ்டரில் இன்ஜின் இருக்காது. வேடிக்கை ரயில் உயரத்திலே அமைந்த இருப்புப் பாதைகளில் மேலும் கீழும் பக்கவாட்டிலும் வேகமாகப் போகும்.

இதில் பயணிப்பவர்கள் பெல்ட் அணிந்துகொள்ள வேண்டும். மணிக்கு 60 மைல் வேகத்தில் பயணம் செய்யலாம். இதில் வளைந்து தலைகீழாகச் சென்றாலும் கீழே விழாமல் சொகுசாகப் போக வசதியாக இருப்புப் பாதையில் சிறப்புச் சக்கரங்கள் இருக்கும்.

சோதனையில் கிடைமட்டமாகவும் வட்டமாகவும் உள்ள பிளாஸ்டிக் பட்டையை வளைந்தும் வட்டமாகச் செல்லும் இருப்புப் பாதையாகவும், பொம்மை காரை ரோலர் கோஸ்டராகவும் கற்பனை செய்துகொள்ளுங்கள். விசை வில்லை விடுவித்தவுடன் பொம்மை கார் வட்டப்பாதையில் தலைகீழாக சென்று மேஜையின் தளத்தில் இயங்கியது அல்லவா? அதைப் போலவே வேடிக்கை ரயில் இருப்புப்பாதையின் அதிகமான உயரத்திற்கு இழுத்துச் செல்லப்பட்டு அங்கிருந்து ரோலர் கோஸ்டர் கீழ்நோக்கி இருப்புப்பாதையில் விடுவிக்கப்பட்டவுடன் தொடக்கத்தில் அதிக உயரத்தினால் அது பெற்ற நிலை ஆற்றல், கீழே செல்லும்போது இயக்க ஆற்றலாக மாறி இருப்புப் பாதை முழுவதும் மேலும் கீழும், பக்கவாட்டிலும் தலைகீழாகவும் செல்கிறது. ரோலர் கோஸ்டரின் இயக்கம் ஒரு சீரற்ற இயக்கம். அதன் வேகமும் திசையும் மாறிக்கொண்டே இருக்கும்.

ரோலர் கோஸ்டரில் ஏறிப் பயணம் செய்யும்போது இந்த அறிவியலையும் இனி மனதில் வைத்துக்கொள்கிறீர்களா?

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