water dropநீர்த்திவலையின் இயல்பை விளக்கும் புதிய அறிவியல் விதியினை கண்டுப்பிடித்ததன் மூலம், இதுகாறும் அதில் நிலவி வந்த கணிதவியல் சமன்பாட்டுச் சிக்கலை, அறிவியல் அறிஞர்கள் தற்செயலாக எளிமைப்படுத்தியிருக்கிறார்கள். 

  தனித்ததொரு நீர்த்திவலையினை மின்புலத்திற்கு உட்படுத்தும்போது, அந்த நீர்த்திவலை, அதன் மீது செயல்படுத்தப்படும் மின்புலவிசையின் எந்த எல்லைவரை உடையாமல் தாக்குப் பிடித்து நிற்கும் என்பது இயற்பியல் ஆய்வுலகில் இதுவரை கண்டறிய முடியாத வரம்பெல்லைக்குள் இருந்து வந்தது. ஆனால், தற்பொழுது அந்த இயற்கை அல்லது இயற்பியல் விதி கண்டறியப்பட்டுள்ளது. இதன்மூலம், அந்த இயற்கை நிகழ்வில் இதுகாறும் நிலவிவந்த கோட்ப்பாட்டுச் சிக்கல் எளிமைப்பட்டுள்ளது.

  ஆய்வதற்கரிய இந்த இயற்கை நிகழ்வைக் குறித்த பல்வேறு ஆய்வுகள் கடந்த பத்தாண்டுகளாகவே நிகழ்ந்து வருகின்றன. நீர்த்திவலையை மின்புலத்திற்கு உட்படுத்தும்போது, மின்புலத்தின் எந்த அளவுவரை அது உடையாமல் இருக்கிறது என்பது தான் ஆய்வின் அடிப்படை. ஒட்டுமொத்தமாக பார்க்கும்போது இந்நிகழ்வு எண்ணிக் காண்பதற்கு எளிமையாகத் தோன்றினும், இந்நிகழ்வினை விளக்கக்கூடிய நுணுக்கமான கணித விதிகள் ஏதும் இதுவரை கண்டறியப்படாமலேயே இருந்தது. தற்பொழுது அவ்விதி கண்டறியப்பட்டுள்ளது. நீர்த்திவலையைப் பற்றிய இந்தப் புதிய விதி, விண்வெளி ஆய்வு முதல், நிறை நிறமாலையியல் (mass spectroscopy), உயர்தர அச்சு (high resolution printing), காற்றை தூய்மைப்படுத்துதல் (air purification), மூலக்கூறு ஆய்வுகள் (molecular studies) போன்ற பலவற்றிலும் பல்வேறு முன்னேற்றங்களை காண்பதற்கு வழியமைக்கப் போகிறது.

 “எங்களுடைய இந்த ஆய்வு முடிவுக்கு முன்னர், மின்புலத்தில் வைக்கப்ப்பட்ட நீர்த்திவலையின் நிலைத்தன்மையை கணக்கிடுவதற்கு மிகவும் கடினமான பல்வேறு முறைகளை அறிவியல்-பொறியியல் அறிஞர்கள் மேற்கொண்டிருந்தார்கள்” என்று மாசச்சூசெட்ஸ் தொழில்நுட்ப நிறுவனத்தில் (MIT – Massachusetts institute of technology), இயற்பியலும் பொறியியலும் பயிலும் மாணவரான ஜஸ்டின் பெரோசு (Justin Beroz) தெரிவித்தார்.

   “எளிய தாள்-கோல் உதவியைக் கொண்டே, எவரும் இதனை எளிமையாகக் கணக்கிட்டு உடனடியாகப் புரிந்து கொள்ள முடியும்” என்று அவர் நம்பிக்கைத் தெரிவிக்கிறார். இயற்பியல் துறையறிவு இல்லாதவர்களுக்கு வேண்டுமானால் இச்சமன்பாட்டைப் புரிந்து கொள்வதற்கு சற்றுக் கூடுதல் கால அவகாசம் தேவைப்படலாம்.

  பெரோசும் அவரது கூட்டாளிகளும் இணைந்து வெளியிட்டுள்ள அவர்தம் ஆய்வறிக்கையில், குறிப்பிடப்பட்டுள்ளச் செய்திகள் ஏற்கனவே இயற்பியல் ஆய்வுலகில் பல்லாண்டு காலமாகவே ஆய்வு செய்யப்பட்டு வந்த ஒன்றுதான் எனினும், அது பெரும்பாலோனோரால் அறியப்பட்டிருக்கவில்லை.

  விண்ணிலிருந்து மழைத்துளிகள் வீழும்போது, புயல்மேகங்களில் (storm clouds) உருவாகும் மின்புல விசைகள் அவற்றின் மீது செயல்படுவதனால் அவை மின்புலத்திற்கு உட்படுத்தப்படுகின்றன. இதைத்தவிர, உயர் மின்னழுத்த கம்பிகளின் வழியே செல்லும் மின்சாரத்தின் விளைவாக உண்டாகும் மின்புலத்தினாலும் அவை பாதிக்கப்படலாம்.

  நீர்த்திவலைகளை கோள வடிவத்தில் இறுக்கி பிணைத்து வைத்திருப்பது நீரின் பரப்பு இழுவிசைதான் (surface tension). திரவத்த்திவலையை மின்புலத்திற்கு உட்படுத்தும்போது, திரவத்துளியின் புறப்பரப்பின் வழியே மின்னழுத்தம் செயல்படுவதனால் நீர் மூலக்கூறு தனது பிணைப்புவிசையை மெல்லவிழக்கிறது. இறுக்குவிசையின் பிடி தளர்வதனால், நீர் மூலக்கூறு (H2O) அதன் கோள வடிவத்திற்கு எதிர்த்திசையில் இயங்கி இரண்டாகப் பிரியும்போது, திரவத்துளிக்குள் மின்னூட்டம் உருவாகிறது.

   அண்மைக்காலங்களில், நுண்ணீர்மை அளவுகளின் (microfluidics) அடிப்படையில் (நானோ மீட்டர் அளவில் - 10 -9 லிட்டர்) செயல்படும் அறிவியல் கருவிகளைக் கொண்டு மேற்கொள்ளப்படும் நீரின் இத்தகையப் பண்புகளைப் பற்றி ஆயும் அறிவியல் சோதனைகள் அதிகரித்துள்ளன. ஆனால் நீரின் இந்தப்பண்பினை, அதாவது மின்புலத்திற்கு உட்படும் நீர்த்திவலையின் நிலைப்புத் தன்மையைப் மிகச்சரியாக கணக்கிடுவதில், அறிவியல் அறிஞர்கள் இதுகாறும் எளிமையான வழியைக் கண்டறிய முடியாத நிலையிலேயே உள்ளனர். அதற்கு காரணம், கோட்பாட்டு முடிவுகளுக்கும் (THEORITICAL) சோதனை முடிவுகளுக்கும் (EXPERIMENTAL) இடையேயான வேறுபாடேயாகும். அதாவது, கணிதச் சமன்பாட்டின் மூலம் பெறப்பட்ட முடிவின்படி, ஒரு குறிப்பிட்ட மின்புலத்தில் நீரித்திவலை உடைய வேண்டும். அவ்வாறு உடையும் அந்த மின்புலத்தின் எல்லையை வினைத் தொடங்காற்றல் (threshold energy) என்பர். ஆனால், பரிசோதனை செய்யும்போது, அந்த வினைத்தொடங்காற்றலில் நீர்த் திவலை சில சமயங்களில் உடைந்தும் சில சமயங்களில் உடையாமலும் நிலைத்த கோள வடிவத்திலேயே இருக்கின்றது.

  ”நீர்த்திவலையின் மீது செயல்படும் மின்புலம் மிக வலிமையாக இருக்கும்போது, அந்த மின்விசையை சமன் செய்யக்கூடிய ஒரு வடிவத்தை திரவத்திவலையினால் கண்டறிய முடியாத நிலையில் அது உடைந்து விடுகின்றது; இதைத்தான் தற்போது நாங்கள் கண்டிறிந்துள்ளோம்” என பெரோசு குறிப்பிடுகிறார்.

   இரு உலோகத்தகடுகளின் மின்புலத்திற்கு நடுவே வைக்கப்பட்ட நீர்த்திவலையின் உடையும் பண்பு, அதிவேக காமிராவைக் கொண்டு (high-speed camera) ஆய்வினை படம்பிடித்தபோது கண்டறியப்பட்டுள்ளது.   

water droplet 2நீர்த்திவலையின் மீது செயல்படும் மின்புலத்தின் அளவு ஒரு கட்டத்தில் அந்நீர்த்திவலையை உடைக்க முனைகிறது. உடைவதற்கு முன், அந்த நீர்த்திவலையின் வடிவம் கோள வடிவத்திலிருந்து உடையும் நிலைக்கு உருமாறும் (critical stable shape) அந்தக் கடைசிப் புள்ளியை ஆய்வாளர்கள் துல்லியமாகக் கண்டறிந்துள்ளார்கள். நீர்த்திவலையின் அந்தக் கடைசி நிலைப்பு எல்லையை, ஆளும் இயற்கை விதி ஒரு மின்னாற்றல் விதியென (power law) அறிஞர்கள் விளக்குகின்றனர். இந்த மின்னாற்றல் விதியானது, நீர்த்திவலையை உடைக்கும் அந்தச் செயல் தொடங்காற்று மின்புலப்புள்ளியைப் பற்றி விளக்குகிறது.

 நீர்த்திவலையின் பருமனையும் ஆரத்தையும் மையமாகக் கொண்டு இந்த மின்னாற்றல் விதி கண்டறியப்பட்டுள்ளதாக ஆய்வாளர்கள் குறிப்பிடுகிறார்கள். இதற்கு முன்னர், நீர்த்திவலையின் உயரத்தையும், ஆரத்தையும் கொண்டு நீர்த்திவலையின் நிலைப்பு எல்லையை விளக்க முயற்சிக்கபட்டது.

கடந்த நூறாண்டு காலமரபில் நீர்த்திவலையின் நிலைப்பு எல்லையை விளக்க அதன் உயரத்தையே தேர்ந்தெடுத்தனர் என பெரோசு குறிப்பிடுகிறார்.

  நீர்த்திவலையின் வடிவம் மாறும்போது, அதன் உயரமும் மாறுகிறது. இது, அதன் நிலைப்பு எல்லையை விளக்கும் கணிதச் சமன்பாட்டை சிக்கலாக்குகிறது. ஆனால், மின்புலத்திற்கு உட்படும் நீர்த்திவலையின் உயரம் எவ்வாறு மாறியமைந்தாலும், அதன் பருமன் மாறாமல் தொடர்ந்து நிலையாகவே இருக்கின்றது.

  நீர்த்திவலையின் பரப்பு இழுவிசை (droplet surface tension), மின்புல வலிமை (electric field strength), ஊடக மின்புலவிடுதிறன் (air electric permittivity), நீர்த்திவலையின் ஆரம் (radius) போன்ற நான்கு அளபுருக்களோடு நீர்த்திவலையின் பருமனையும் (volume) சேர்த்து மொத்தம் ஐந்து அளபுருக்களைக் கொண்ட புதியச் சமன்பாட்டின் மூலம், நீர்த்திவலையின் நிலைப்பெல்லை விளக்கப்படுகிறது என ஆய்வுக்குழு குறிப்பிடுகிறது.

  பல்வேறு அறிவியல் துறைகளில் எங்களுக்கிருந்த நீண்டகால கோட்பாட்டுப் புரிதல் பயிற்சியின் அடிப்படையிலேயே இத்தகைய சாதனையை புரிய முடிந்தது என்பதனை எவரும் உய்த்தறிய முடியும். மேலும் நீர்த்திவலைப் பற்றிய இந்தப் புதியக் கண்டுபிடிப்பானது, மின்னூற்பு (மின்விசையைக் கொண்டு பாலிமர் இழைகளை உருவாக்கும் முறைக்கு இப்பெயர் கொடுக்கப்படுகிறது - (electrospinning), நிலைமின்னியல் வடிகட்டல் (electrostatic filtration) , பால்மப்பகுத்தல் (demulsification) போன்ற தொழிற்துறை செயல்முறைகளில் பல முன்னேற்றங்களை கொண்டு வரப் போகிறது.

  ”கோட்பாட்டளவில் பார்க்கும்போது, நீர்த்திவலையின் இந்த மின்புலப்பண்பினை விளக்குவதில் உள்ள கணிதவியல் சிக்கலை, இக்கண்டுபிடிப்பு தற்செயலாக எளிமைப்படுத்தியிருக்கிறது” என்று பெரோசு குறிப்பிடுகிறார். இந்தப் புதியக் கண்டுபிடிப்பு Physical Review Letters எனும் பன்னாட்டு இயற்பியல் ஆய்விதழில் வெளியாகியுள்ளது.

(‘Sciencealert’ இணையதளத்தில், 22 சூன் அன்று வெளியாகியிருந்த கட்டுரையின் தமிழ் மொழிப்பெயர்ப்பு)

தமிழில் : ப.பிரபாகரன்

https://www.sciencealert.com/this-simple-formula-to-explain-water-drops-eluded-scientists-for-decades-until-now

Pin It