அடடே அறிவியல்: தரையில் ஹெலிகாப்டர் ஓட்டுவோமா?

ஹெலிகாப்டர் பறப்பதை அண்ணாந்து பார்த்து மகிழ்ந்திருப்பீர்கள். ஹெலிகாப்டரின் மேலே காற்றாடி போல பெரிய சுழலி (விசிறி) இருக்கும். வால்ப் பகுதியில் மற்றொரு சிறிய விசிறி இருக்கும். ஹெலிகாப்டரில் இரண்டு விசிறிகள் ஏன் உள்ளன? அதைத் தெரிந்துகொள்ள வேண்டாமா? சோதனையைச் செய்வோமா?

தேவையான பொருள்கள்:

சுழல் மேடை, சைக்கிள் சக்கரம் (ரிம்).

சோதனை

1. பள்ளிகளில் விளையாட்டுக் கூடத் தில் உடற்பயிற்சி செய்யப் பயன்படும் உராய்வின்றி சுழலும் சுழல்மேடையை வைத்துக்கொள்ளுங்கள்.

2. சைக்கிள் சக்கரத்தில் இருபுறமும் அரை அடி நீளத்துக்குக் கம்பிகளை இணைத்துக்கொள்ளுங்கள்.

3. சுழல்மேடையின் மீது ஏறி நின்றுகொள்ளுங்கள்.

4. நண்பரிடமிருந்து சைக்கிள் சக்கரத்தை வாங்கி அதை இரு கைகளால் விறைப்பாக நீட்டுங்கள். சக்கரம் தரைக்கு இணையாக இருக்குமாறு பிடித்துக்கொள்ளுங்கள்.

5. சக்கரத்தை நண்பர் மூலமாக வேகமாகச் சுற்றச் சொல்லுங்கள். இப்போது சக்கரம் மட்டுமே சுழலும். சுழல்மேடை சுழலாது.

6. கைகளால் பிடித்துக்கொண்டிருக்கும் சக்கரத்தின் அச்சை தரைக்குச் செங்குத்தாகத் திருப்புங்கள். இப்போது சக்கரத்தின் தளம் தரைக்கு இணையாக இருக்கும். இப்போது அதைக் கவனியுங்கள். சுழல்மேடையும், அதில் நிற்பவரும் சேர்ந்து சக்கரம் சுழலும் திசைக்கு எதிர்த் திசையில் சுழல்வதைப் பார்க்கலாம்.

7. சக்கரத்தின் கைப்பிடியைத் தலைகீழாகத் திருப்புங்கள். சக்கரத்தின் சுழலும் திசை மாறுவதையும் சுழல்மேடையும் அதில் நின்று கொண்டிருப்பவரும் முன்னர் சுழன்ற திசைக்கு எதிர்த்திசையில் சுழல்வதைப் பார்க்கலாம். ஆச்சரியமாக இருக்கிறதா? இந்த வித்தை எப்படி நிகழ்கிறது?

நடப்பது என்ன?

ஒரு பொருள் நேர்கோட்டில் குறிப்பிட்ட வேகத்தில் இயங்கும்போது அப்பொருளுக்கு உந்தமும் இயக்க ஆற்றலும் இருக்கும். உந்தம் என்பது அப்பொருளின் நிறை அதன் திசைவேகம் ஆகிய இரண்டின் பெருக்கல் தொகைக்குச் சமம். எடுத்துக்காட்டாக, சைக்கிளும் பேருந்தும் இயக்கத்தில் இருந்தால் பேருந்துக்கு உந்தம் அதிகம். ஒரு பொருள் சீரான வேகத்தில் வட்டப்பாதையில் இயங்கினால் அது வட்ட இயக்கம் ஆகும். வட்ட இயக்கத்தில் பொருளின் வேகம் மாறாது. ஆனால், அதன் திசை மாறிக்கொண்டே இருக்கும்.

ஒரு சுழலும் சக்கரத்தின் கோண உந்தத்தின் (Angular momentum) திசை வலக்கை விதிப்படியே அமைகிறது. வலக்கையின் விரல்களை மடக்கியபடியும் பெருவிரலை நீட்டியபடியும் வைத்துக்கொண்டால், மடக்கிய விரல்கள் சக்கரம் சுழலும் திசையையும், பெருவிரல் கோண உந்தத்தின் திசையையும் குறிக்கும். ஒரு பொருளைச் சுழலச் செய்வதற்குத் தேவையான விசையைத் திருப்புவிசை என்கிறோம். சுழலும் திடப்பொருளின் மீது புறத்திருப்புவிசை செயல்படாதபோது, அப்பொருளின் மொத்த கோண உந்தம் மாறாமல் இருக்கும். இதுவே கோண உந்த மாறாவிதி.

சுழலும் சக்கரத்துக்குக் கோண உந்தம் உண்டு. இது சக்கரத்தின் சுழலும் வேகம், நிறை, நிறை பரவி இருக்கும் தன்மை ஆகியவற்றைப் பொறுத்தது. ஒரு சைக்கிள் சக்கரத்தின் நிறை, அதன் மையத்தில் உள்ளதைவிட விளிம்பில்தான் அதிகமாக இருக்கும். இதனால்தான் அதன் கோண உந்தம் அதிகமாக உள்ளது. சுழல்மேடை, அதில் நின்று கொண்டிருப்பவர், சக்கரம் மூன்றும் சேர்ந்த இந்த அமைப்பு கோண உந்த மாறா விதியின்படியே செயல்படுகிறது.

முதலில் சக்கரம் சுழன்றபோது சுழல்மேடை சுழலவில்லை. சுழல் அமைப்பின் கோண உந்தம் சுழலும் சக்கரத்திலிருந்து கிடைக்கிறது. கோண உந்தம் மேல் நோக்கிச் செயல்படுவதாகக் கொள்வோம். சுழலும் சக்கரத்தைத் தலைகீழாகத் திருப்பும்போது சக்கரத்துக்கு ஒரு திருப்பு விசையைச் சுழல் மேடையில் நிற்பவர் கொடுக்கிறார். ஆனால், இந்தத் திருப்பு விசை அமைப்புக்குள்ளிருந்துதான் கொடுக்கப்படுகிறது.

சக்கரத்தைத் திருப்புவதற்கு முன் உள்ள கோண உந்தமும், திருப்பிய பின் உள்ள கோண உந்தமும் கோண உந்த மாறா விதிப்படி சமமாக இருக்க வேண்டும். அமைப்பின் கோண உந்தத்தைச் சமப்படுத்த சுழல் அமைப்பு எதிர்த்திசையில் சுழல வேண்டும். இதனால்தான் சுழல் மேடையும் அதில் நின்று கொண்டிருப்பவரும் சக்கரம் சுழலும் திசைக்கு எதிர்த்திசையில் சுழன்றனர்.

மீண்டும் சக்கரத்தின் சுழல் திசையை மாற்றினால் சுழல்மேடை அமைப்பு முன்னர் சுழன்ற திசைக்கு எதிர்த்திசையில் சுழன்றது அல்லவா? வெறுமனே சுழலும் சக்கரத்தின் திசையை மாற்றும்போது சுழல்மேடை அமைப்பு வேறுதிசையிலேயே சுழல்கிறது.

பயன்பாடு

விமானம் ஓடு தளத்தில் ஓடி வானில் ஏறும். ஆனால், ஹெலிகாப்டர் இருந்த இடத்திலிருந்தே மேல்நோக்கி வானில் ஏறிப் பறக்கும். ஹெலி காப்டரின் தலைக்கு மேலே உள்ள விசிறியும், வால்பகுதியில் ஒரு சிறிய விசிறியும் இருக்கும். சுழல் மேடையை ஹெலிகாப்டராகவும், சுழல்மேடையில் நின்றுகொண்டிருப்பவரை ஹெலிகாப்டரில் ஓட்டுபவராகவும், சைக்கிள் சக்கரத்தை ஹெலிகாப்டரின் சுழலும் விசிறியாகவும் கற்பனை செய்துகொள்கிறீர்களா?

சைக்கிள் சக்கரத்தைத் திருப்பும்போது சக்கரம் சுழலும் திசைக்கு எதிர்த்திசையில் சுழல் மேடையும் அதில் நின்று கொண்டிருப்பவரும் சேர்ந்த அமைப்பு எதிர் திசையில் சுழன்றது அல்லவா? அதைப்போலவே ஹெலிகாப்டர் வானில் பறக்கும்போது விசிறியானது சுழலும் திசைக்கு எதிர்த்திசையில் ஹெலிகாப்டரின் உடற்பகுதி சுழலத் தொடங்கும். இதற்குக் காரணம் கோண உந்தமாறா விதியே.

உடற் பகுதி சுழலாமல் இருப்பதற்காக வால்பகுதியில் உள்ள சிறிய சுழல்விசிறி சுழன்று எதிர் திருப்பு விசையைச் செலுத்தும். இதனால்தான் ஹெலிகாப்டரின் உடற்பகுதி சுழலாமல் நேராகச் செல்கிறது. பெரிய ஹெலிகாப்டரில் இரண்டு சுழல்விசிறிகள் எதிர் எதிர் திசைகளில் சுழன்று கோண உந்த மாற்றத்தைச் சரி செய்கின்றன.

இப்போது புரிகிறதா? ஹெலிகாப்டரில் இரண்டு விசிறிகள் இருப்பதற்கான காரணம்.

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