பட்டத்தை தரைப் பகுதியில் விடும் போது, பறக்கத் தடுமாறும் பட்டம் ஏன் ஒரு குறிப்பிட்ட உயரம் சென்றவுடன் கீழே விழுவதில்லை? | இதற்காக காரணம் என்ன? | Aerodynamics | Ingenuity | Bernoulli's Principle | Thrust | Drag & Tension | Angle of attack |

              பட்டம், (kite) நாம் நமது சிறு வயதில் விளையாடுவதற்காக பயன்படுத்தப் படும் ஒரு பொருள் ஆகும். பட்டம் விடுதல் என்பது பெரியவர்கள் (adults) முதல் சிறியவர்கள் வரை அனைவரும் விரும்பி விளையாடும் ஒரு விளையாட்டு ஆகும். இந்தியாவில் பல்வேறு மாநிலங்களில் உள்ள மக்கள் பட்டம் விடுதல் என்ற விளையாட்டை விரும்புபவர்கள். மேலும், பல மாநிலங்களில் பட்டம் விடும் போட்டி நடைபெற்றுக் கொண்டு இருக்கிறது. அது மட்டுமின்றி, பல்வேறு நாடுகளில் பட்டம் விடும் விளையாட்டை ஒரு திருவிழா (festival) போல உலக மக்கள் அனைவரும் கடைப் பிடித்து வருகிறது. சிறிய அளவு பட்டங்கள் முதல் பெரிய அளவு பட்டங்கள் வரை அனைத்தையும் மக்கள் விரும்பி விளையாடி வருகிறார்கள்.

Kites flying in the sky
In a orderly arrangement.......

              இப்படிப்பட்ட, பட்டம் (kite) விடும் விளையாட்டில், பட்டத்தை (kite) தரைப் பகுதியில் (land) விடும் போது காற்று (air) இல்லாத காரணத்தால் (reason) பறக்கத் (fly) தடுமாறும் (struggle) பட்டம், ஏன் ஒரு குறிப்பிட்ட (particular) உயரம் (Height) சென்றவுடன் (went) கீழே விழுவதில்லை (never falloff)? இதற்காக காரணம் (reason) என்ன? பட்டம் (kite) என்றால் என்ன?

பட்டம் (kite) என்றால் என்ன?

           பட்டம் (kite) என்பது ஒரு காகிதத்தால் உருவான பொருள் ஆகும். சில பட்டங்களின் வண்ணங்கள் நாம் கண்களில் பார்பதற்கு அழகாக இருக்கும். சில வகை பட்டங்களில் மனிதனின் உருவம், விலங்குகள்  மற்றும் பறவைகளின் உருவங்கள் போன்ற ஒவியங்கள் இடம் பெற்று இருக்கும்.

              பட்டம் தயாரிக்க ஒரு பெரிய செய்தித் தாள் அல்லது காகிதம், ஒரு பட்டம் செய்வதற்கு ஏற்ப அதனை வெட்டி சரி செய்வர்கள். பின்னர், ஒரு வால் (tail) போன்ற வடிவம் உடைய காகிதப் பாகம் செய்வர். பட்டத்தின் முக்கிய உறுப்பு அல்லது பாகம் ரோம்பஸ் (rhombus) வடிவத்தில் இருக்கும். காகிதத்திற்கு வழு சேர்க்க எடை குறைவான குச்சிகளை (sticks) வைத்து பட்டத்திற்கு நிலைத் தன்மையை தருவார்கள். 

Colourful kite flying in sky
Wow!!.

             காகிதம் மற்றும் குச்சிகள் அனைத்தையும் பசை (glue) அல்லது அரிசியை வைத்து ஒன்றுடன் ஒன்று சேர்த்து ஒட்டி வைப்பார்கள். பின்னர், வடிவம் பெற்ற பட்டத்தை ஒரு நூல் கண்டுடன் (bundle) சேர்த்து இணைப்பார்கள்.

            இவ்வாறு உருவாக்கப் படும் பட்டம் விமானம் போல பறக்கும். காற்று அடிக்கும் திசையில் பட்டம் செல்லும். பட்டம் விடுதல் அனைவருக்கும் மகிழ்ச்சியை அளிக்கும் ஒரு விளையாட்டு ஆகும்.

படத்தைத் (kite) தரைப் பகுதியில் (land) விடும்போது பறக்கத் (fly) தடுமாறும் (struggle) பட்டம் (kite), ஏன் ஒரு குறிப்பிட்ட (particular) உயரம் (Height) சென்றவுடன் (went) கீழே விழுவதில்லை (fall off)? இதற்காக காரணம் (reason) என்ன?

          தரைப் பகுதிக்கு மேலே உள்ள பகுதியில் எப்போதும் காற்று வீசிக் கொண்டு தான் இருக்கும். எனவே தான், புகைப் போக்கி (chimney) மூலமாக மேல எழும்பும் புகை ஒரு குறிப்பிட்ட உயரம் வரை நேராக மேலே செல்லும். ஒரு குறிப்பிட்ட உயரம் சென்ற பின்னர், புகையில் தள்ளாட்டம் ஏற்படும். இப்படி தான், தரையைவிட உயரத்தில், பட்டத்தால், எளிதில் பறக்க முடிகிறது.

A kite and an Aeroplane in a single frame
Wow!!

 

            பட்டத்தைக் கீழே பிடித்து இழுக்கும் புவியீர்ப்பு விசையின் (gravity) ஆற்றலுக்கு எதிர்த் திசையில் ஏற்ற விசை அமைந்தால் மட்டுமே தான், பட்டமும் விமானமும் எளிதில் வானில் பறக்க முடியும். விமானம் பறப்பது மற்றும் பட்டம் பறப்பதும் "பெர்னோலியின்"  (Bernoulli) என்ற தத்துவத்தைக் கொண்டு தான்.

            பட்டம் வானில் பறக்கும் போது, சற்றே கோணலாகவும் சாய்வாகவும் இருக்கும். எனவே தான், அடிக்கும் காற்று கீழ் வழியே செல்வதற்கும் மேல் வழியே செல்வதற்கும் என இரண்டுக்கும் இடையே வேறுபாடுகள் ஏற்படும். காற்றின் வேகம் பட்டத்தின் மேற்பரப்பில் (upper surface) கூடுதலாகவும், பட்டத்தின் கீழ்ப் பரப்பில் (lower surface) குறைவாகவும் காற்று விழும். எனவே தான், பட்டத்தின் மேற்பரப்பின் மீது காற்றழுத்தத் தாழ்வு ஏற்படும். எனவே, பட்டத்தில் மேல் நோக்கிய ஒரு விசை உருவாகும். அந்த விசை தான் பட்டத்தை வானில் தடுமாறாமல் காற்றில் எளிதில் பறக்கச் செய்கிறது.

             பட்டத்தின் நான்கு திசைகளிலும் பல்வேறு விசைகள் ஏற்படும். பட்டத்தின் கீழ்ப் பகுதியில் புவியீர்ப்பு விசை ஏற்படும். பட்டம் மேலே செல்வதற்காக பட்டத்தின் மேல் பகுதியில் தூக்கு  (lift) விசை உருவாகும். பட்டத்தின் மேல் காற்று அழுத்தம் (air pressure) அதிகமாக ஏற்படும். பட்டம் அல்லது எந்த ஒரு பொருள் வானில் பறப்பதற்கு உந்துதல் விசை (thrust) தேவை படும்.

Thrust force produced from an Rocket liftoff
So powerful!!

             பட்டம் காற்றில் பறப்பதற்கு தேவை படும் உந்துதல் விசையும் மற்றும் இழுக்கம் (Drag) விசையும் பட்டத்தின் பக்கவாட்டில் (sides) ஏற்படும். பட்டத்துடன் இணைந்து இருக்கும் கயிறு பட்டத்திற்கு தேவை படும் இறுக்கமான (Tension) விசையை அளிக்கும். கயிறு படத்தில் இணையும் இடத்தின் கோணத்தை பட்டத்தின் "தாக்குதலின் கோணம்" (angle of attack) என்பர்.

பூமியின் (Earth) வளிமண்டலப் (atmosphere) பகுதியில் ஒரு பொருளை (thing) பறக்க (fly) வைப்பது மிகவும் எளிது (easy) . ஆனால், வேறு கிரகத்தில் (different planet) ஒரு பொருளை (thing) பறக்க (fly) வைப்பது மிகவும் கடினம் (hard) ஆகும். இருப்பினும், நாசா (NASA) எவ்வாறு செவ்வாய் (Mars) கிரகத்தில் (planet) ட்ரோனை (drone) பறக்க (fly) வைத்து?

              ஒரு பொருளை பறக்க வைப்பதற்கு உந்து விசை (thrust) எந்த கிரகத்தில் இருந்தாலும் தேவை படும். ட்ரோன் ரோட்டார் கத்தியை (rotar blade) வைத்து உந்துதல் விசையை உருவாக்கும். இதற்கு வளிமண்டலத்தில் இருக்கும் காற்று அடர்த்தி (density) தேவைப் படும். பூமி உள்ள வளிமண்டலத்தின் காற்று அடர்த்தியின் அளவு = 1.29 கிலோ காற்று மூலக்கூறுகள் (molecules) ஆகும். ஆனால், செவ்வாய் கிரகத்தில் உள்ள வளிமண்டலத்தின் காற்று அடர்த்தியின் அளவு = 20 கிராம் காற்று மூலக்கூறுகள் தான் இருக்கும். 

Close view of Mars planet!!
Wow!!

                   பூமியில் பயன் படுத்தப்படும் சாதாரணமான (normal) ட்ரோனை செவ்வாய் கிரகத்தில் பறக்க வைக்க முடியாது. இதனால், நாசா புத்திக் கூர்மை (Ingenuity) என்ற ட்ரோனின் ரோட்டார் கத்தியின் நீலத்தை அதிகரித்தனர். இதன் காரணமாக, அந்த ட்ரோனின் உந்துதல் விசையை சுமார் 3000 ஆர். பி. எம் (rpm) வரை அதிகமாக உருவாக்க முடிந்தது. ரோட்டார் கத்திகளின் நீலம் 60 செ. மீ ஆகும். செவ்வாய் கிரகத்தில் பூமியில் இருக்கும் புவியீர்ப்பு விசையில் 38 சதவீத தான் இருக்கும். 

                 விடாமுயற்சி சுற்றில் (Perservance rover) இருந்த புத்திக் கூர்மையின் என்ற ட்ரோனின் எடை வேறும் 1.8 கிலோ தான் இருக்கும். ஒவ்வொரு கத்திகளின் எடை வேறும் 35 கிராம் தான் இருக்கும். செவ்வாய் கிரகத்தில் வானிலை, இரவில் அங்கு கடுமையான பனி இருக்கும் மற்றும் பகலில் அங்கு கடுமையான சூடான வெப்ப நிலை நிலவும். அங்கு எப்போதும் தூசி புயல் (dusty storm) நிலவும். 

                  ட்ரோனில் சுரிய சக்தி தகடும் (solar panel) மற்றும் மூன்று மின்கலம் (battery) இருக்கும். இவை ஆற்றலை சேமிக்கும். இந்த மூன்று மின்கலம் திறன்பேசியின் மூன்று மின்கலம் அளவுக்கு ஆற்றலை சேமித்து பயன்படுத்தும். மூன்றில் இரண்டு மின்கலம் ட்ரோனின் பாகங்களை (parts) சூடாக வைப்பதற்கு உதவும். இந்த ட்ரோன் 0.49 மீட்டர் உயரம் கொண்டாது. செவ்வாய் கிரகத்தில் பூமியில் இருக்கும் வளிமண்டலத்தில் 1 சதவீதம் தான் இருக்கும். ரோட்டார் கத்திகள், கரீம நார்ப்பொருளால் (carbon fibre) உருவாக்கப் பட்டுள்ளது. இது இரும்பை விட 5 மடங்கு வலிமையானது. மேலும், இது எடை குறைவாக கொண்டு இருக்கும். இதில் குவால்காம் ஸ்னாப்டிராகன் 80' செயலி (Qualcomm Snapdragon 80' processor) பயன் படுத்தப் பட்டுள்ளது.

Qualcomm Snapdragon 80' processor 

                 மேலும், இந்த சாதனை இனி வரும் ஆய்வுகளுக்கு மிகவும் உதவும். டிராகன் ஃப்ளை ( Dragon fly) என்ற சுற்று, சனி கிரகத்தின் பெரிய நிலாவான டைட்டன் (Titan) செல்வதற்கு இந்த சாதனை ஒரு டெமோ (demo) தான் என்று நாம் கூறலாம்.

அடிக்கடிக் கேட்கப்படும் கேள்விகள்: (Frequently asked questions)

1. பெர்னோலி கொள்கையை (Bernoulli's principle) பற்றி!

                  பெர்னோலி தத்துவம் (Bernoulli's principle) கூறுவது, "அழுத்த (pressure) ஆற்றல், இயக்கவியல் (kinetic) ஆற்றல் மற்றும் நிலையான (potential) ஆற்றலின் மொத்த அளவு ஒன்றுக்கு அலகு நிறை (unit mass) ஒரு அடக்கமுடியாத (incompressible), பிசுபிசுப்பு இல்லாத திரவம் (non viscous fluid) நெறிப்படுத்தப் பட்ட ஓட்டத்தில் (streamlined flow) மாறாமல் இருக்கும்". 

Aeroplane flying in the sky
Byeeee...

                      ஏரோஃபாயில் (Aerofoil) அதாவது விமானத்தின் இறக்கையை வடிவமைக்கும் போது, இறக்கையின் மேற்பரப்பு கீழ்ப் பரப்பை விட அதிகம் வளைந்திருக்கும் (curve) மற்றும் முன் விளிம்புகள் (edges) பரந்த (broader) வடிவம் கொண்டு இருக்கும். விமானம் பறக்கும் போது, காற்று வேகமாக ஏரோஃபாயிலின் மேல் மேற்பரப்பில் செல்லும். மேல் மேற்பரப்பில் இருக்கும் காற்று அழுத்தை விட கீழ் மேற்பரப்பில் காற்று அழுத்தம் அதிகமாக இருக்கும். இதன் காரணமாக, உந்துதல் விசை ஏற்படும் இது விமானம் பறப்பதற்கு உதவும்.

2. உந்துதல் விசையை (Thrust force) பற்றி!

               உந்துதல் விசை ஒரு எதிர்வனை விசை (reaction force) ஆகும். இது நியூட்டனின் மூன்றாம் சட்டத்தை கீழ்படியும். நியூட்டனின் மூன்றாம் சட்டம் (Newton's Third law) கூறுவது, "ஒவ்வொரு பொருளும் ஒரு சமமான (equal) மற்றும் எதிர் விசையைக் (opposite force) கொண்டு இருக்கும்". எப்பொழுது ஒரு பொருள் வெளியேற்றம்  (expels) அல்லது முடுக்கி (accelerate) போன்ற செயல்களை செய்யும் போது நிறை ஒரே திசையில் தான் இருக்கும். 

Thrust force produced from a launching rocket 

                  துரிதப்படுத்தப் பட்ட நிறை (accelerated mass) விசையே சமமான ஆற்றலுக்கு காரணம் ஆகும். ஒரு விசையை ஒரு பொருளின் மேற்பரப்பு திசையில் செங்குத்தாக (perpendicular) அல்லது சாதாரண (normal) மேற்பரப்பின் மீது பயன்படுத்தப் படுவது உந்துதல் விசை எனப்படும். இதனை நியூட்டனில் அளவிடப்படுகிறது.

3. இழுக்கம் (Drag) விசை, இறுக்கமான (Tension) விசை மற்றும் தாக்குதலின் கோணம் (Angle of attack) பற்றி!

                இழுக்கம் (Drag) விசை ஒரு எதிர்ப்பு (reaction) விசை ஆகும். இந்த விசை திரவம் அல்லது காற்று உடலின் இயக்கம் (motion) நடைபெறும் போது உருவாகும். இழுக்க விசை வரவிருக்கும் வேகமான ஒட்டத்திற்கு (incoming flow) எதிர் திசையில் இருக்கும்.

Drag force acting on a rod

                  இதனின் சூத்திரம், (formula)

                     FD = 1/2 p v^2 CDA ஆகும்.

இதில் FD = இழுக்கம் விசை, (Drag force)

                  p = திரவத்தின் அடர்த்தி, (Density of fluid)

                 v  = திரவத்தில் பொருளின் வேகம், (speed of object in fluid)

               CD = இழுக்கம் குணகம் (Drag coefficient) மற்றும்

                  A = குறுக்கு வெட்டு பகுதி (Cross Section Area) ஆகும்.

           இறுக்கமான (Tension) விசை, கயிறு, லேசான கயிறு அல்லது கம்பியின் மூலம் உருவாகும். இதற்கு இவற்றை விசைகள் கொண்டு இழுக்க வேண்டும். இது எதிர் பக்கங்களில் ஏற்படும். கம்பின் நீலம் மற்றும் விசையின் ஆற்றலை பொறுத்தே இறுக்கமான விசை உருவாகும்.

Water drop falls on a water

               இதனின் சூத்திரம்,

                        T = mg ஆகும்.

இதில் T = இறுக்கமான விசை, (Tension)

              m = நிறை (Mass) மற்றும்

               g = புவியீர்ப்பு காரணமாக ஏற்படும் முடுக்கம். (Acceleration due to gravity)

Mathematics formula in a black board

                  தாக்குதலின் கோணம் (angle of attack), திரவ இயக்கவியல் (fluid dynamics), உடலின் குறிப்பு வரி (reference line) மற்றும் உறவான இயக்கத்திற்கு (relative motion) இடையே உள்ள கோணத்தைக் (angle) கூறிக்கும். இந்த கோணம் இறக்கைகளின் மேல் குவியும் (concentrates). இதனை தான் தூக்கு குணகம் (lift coefficient) என்பர்.

 

          

*Note: The images in this post may or may not relevant to the topics.