വെള്ളത്തിലെ പ്രൊപ്പല്ലറുകൾക്ക് ചുറ്റും സർപ്പിള കുമിളകൾ രൂപം കൊള്ളുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്?

ഈ ബ്ലോഗ് പോസ്റ്റിൽ, വേനൽക്കാലത്ത് സമുദ്രത്തിൽ കാണുന്ന സർപ്പിള കുമിളകൾക്ക് പിന്നിലെ ശാസ്ത്രത്തെ ഞങ്ങൾ പൊളിച്ചെഴുതും.

സെപ്റ്റംബർ പകുതി കഴിഞ്ഞിരിക്കുന്നു, പക്ഷേ ദക്ഷിണ കൊറിയയിലെ ഉച്ചസമയത്തെ കാലാവസ്ഥ ഇപ്പോഴും വേനൽക്കാലത്തെപ്പോലെ തന്നെ ചൂടാണ്. ദിവസങ്ങളോളം 30 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ താപനില കുറഞ്ഞതിനാൽ, ഓഫീസ് ജീവനക്കാരും വിദ്യാർത്ഥികളും കഴിഞ്ഞ വേനൽക്കാല അവധിക്കാലം ഓർമ്മിക്കുന്നത് ആശ്വാസം നൽകുന്നുണ്ടാകാം. വേനൽക്കാല അവധിക്കാലങ്ങളിൽ സാധാരണയായി ജല വിനോദം ഉൾപ്പെടുന്നു, നിങ്ങൾ എപ്പോഴെങ്കിലും സമുദ്രത്തിൽ ഒരു മോട്ടോർ ബോട്ട് കണ്ടിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ, മോട്ടോറിൽ നിന്ന് പുറപ്പെടുന്ന മനോഹരമായ സർപ്പിളങ്ങൾ നിങ്ങൾ ശ്രദ്ധിച്ചിരിക്കാം. വെള്ളത്തിൽ വേഗത്തിൽ കറങ്ങുമ്പോൾ മോട്ടോർ സൃഷ്ടിക്കുന്ന കുമിളകളുടെ ആകൃതിയാണിത്. ഒരു പ്രൊപ്പല്ലറിന്റെ ബ്ലേഡുകളിൽ നിന്ന് വായു പുറത്തേക്ക് ഒഴുകുന്നത് പോലെയാണ് ഇത് കാണപ്പെടുന്നത്. എന്നാൽ പ്രൊപ്പല്ലറുകൾക്ക് വായു വീശാൻ ദ്വാരങ്ങളില്ല. അപ്പോൾ എന്തുകൊണ്ടാണ് ഇങ്ങനെ കാണപ്പെടുന്ന വായു കുമിളകൾ നമ്മൾ കാണുന്നത്?
ഈ പ്രതിഭാസം മനസ്സിലാക്കാൻ, നമ്മൾ ആദ്യം ദ്രാവകങ്ങളുടെ സ്വഭാവം നോക്കേണ്ടതുണ്ട്. പൊതുവെ ദ്രാവക മെക്കാനിക്സ് സങ്കീർണ്ണമായി തോന്നാം, പക്ഷേ അടിസ്ഥാന തത്വങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കിക്കഴിഞ്ഞാൽ, നിങ്ങൾക്ക് ഈ പ്രതിഭാസത്തെ എളുപ്പത്തിൽ വിശദീകരിക്കാൻ കഴിയും. ഉദാഹരണത്തിന്, ദ്രാവകങ്ങളുടെ ഒഴുക്ക് പല സാഹചര്യങ്ങളിലും പ്രവചിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് വൈവിധ്യമാർന്ന എഞ്ചിനീയറിംഗ് ഡിസൈനുകൾക്ക് അനുവദിക്കുന്നു. സമുദ്രം, വ്യോമയാനം, മെക്കാനിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗ് എന്നിവയുൾപ്പെടെ പല മേഖലകളിലും ദ്രാവക പ്രവാഹത്തെ മനസ്സിലാക്കുന്നത് ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. അതുകൊണ്ടാണ് നമ്മുടെ ദൈനംദിന ജീവിതത്തിൽ നാം നേരിടുന്ന ചെറുതും നിസ്സാരവുമായ പ്രതിഭാസങ്ങൾ പോലും ഈ തത്വങ്ങളുമായി അടുത്ത ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത്.
ഒന്നാമതായി, ഒരു വസ്തു ഒരു നിശ്ചിത ദ്രാവകത്തിൽ ചലിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിൽ, അതിനടുത്തുള്ള ദ്രാവകം വസ്തുവിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ നീങ്ങും. തീർച്ചയായും, എല്ലാ ദ്രാവകങ്ങളും ഇതുപോലെ പ്രവർത്തിക്കില്ല. ഈ രീതിയിൽ ചലിക്കുന്ന ദ്രാവകങ്ങളെ വിസ്കോസ് ഫ്ലോ എന്നും വിപരീതത്തെ ഇൻവിസിഡ് ഫ്ലോ എന്നും വിളിക്കുന്നു. വെള്ളം ഒരു സാധാരണ വിസ്കോസ് ദ്രാവകമാണ്, അതായത് മോട്ടോർ ബോട്ടിൻ്റെ പ്രൊപ്പല്ലറിന് സമീപമുള്ള വെള്ളം തൽക്ഷണം പ്രൊപ്പല്ലറിൻ്റെ വേഗതയിൽ, അതിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ നീങ്ങുന്നു. ദ്രാവകങ്ങളുടെ ഈ സ്വത്ത് ജലത്തിലെ ചലനത്തിന് മാത്രമല്ല, വായുവിലും ബാധകമാണ്, കൂടാതെ ഒരു വിമാനത്തിൻ്റെ ചിറകിൻ്റെയോ കാറിൻ്റെയോ എയറോഡൈനാമിക് രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് സുപ്രധാനമായ പ്രത്യാഘാതങ്ങളുണ്ട്.
രണ്ടാമതായി, ഒരു സ്ഥിരമായ താപനിലയിൽ മർദ്ദം, പ്രവേഗം, ഉയരം എന്നിവയുടെ ഒരൊറ്റ സമവാക്യമാണ് ദ്രാവകങ്ങളെ നിയന്ത്രിക്കുന്നത്. ഈ സമവാക്യം നോക്കാനുള്ള ഒരു ലളിതമായ മാർഗം, മൂന്ന് ഘടകങ്ങളുടെയും ആകെത്തുക സ്ഥിരമാണ് എന്നതാണ്. ഈ സമവാക്യമാണ് ഒരു ബിന്ദുവിലെ ദ്രാവകത്തിന്റെ പ്രവേഗവും ഉയരവും അളക്കുന്നതിലൂടെ അതിന്റെ മർദ്ദം അറിയാൻ നമ്മെ അനുവദിക്കുന്നത്, അവ സാധാരണയായി എളുപ്പത്തിൽ ലഭിക്കും. ഇത് പ്രശസ്തമായ ബെർണൂലി സമവാക്യമാണ്, ഇത് വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ട ഒരു സമവാക്യമാണ്, കാരണം ഇത് ദ്രാവക മെക്കാനിക്സിന്റെ അടിസ്ഥാനമാണ്. പതിനെട്ടാം നൂറ്റാണ്ടിൽ സ്വിസ് ഗണിതശാസ്ത്രജ്ഞനായ ഡാനിയേൽ ബെർണൂലി ഇത് നിർദ്ദേശിച്ചു, അന്നുമുതൽ വിവിധ ദ്രാവക പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കാൻ ഇത് ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു. വാസ്തവത്തിൽ, ബെർണൂലിയുടെ സമവാക്യം വളരെ വിശാലമാണ്, ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിൽ മാത്രമല്ല, സാമ്പത്തിക ശാസ്ത്രം, ജീവശാസ്ത്രം, മറ്റ് നിരവധി മേഖലകളിലും ഇതിന് പ്രയോഗങ്ങളുണ്ട്.
ഈ രണ്ട് ഗുണങ്ങളും മനസ്സിലാക്കിക്കഴിഞ്ഞാൽ, ജലത്തിന്റെ അവസ്ഥ എങ്ങനെ മാറുമെന്ന് നിങ്ങൾക്ക് ഒരു നല്ല ധാരണ ലഭിക്കും. ഒരു പ്രൊപ്പല്ലറിന് സമീപമുള്ള വെള്ളത്തിന് തൽക്ഷണം പ്രൊപ്പല്ലറിലൂടെ വളരെ ഉയർന്ന വേഗതയിൽ ചലനം ഉണ്ടാകും. ജലത്തിന്റെ ഉയരം മാറ്റമില്ലാതെ തുടരുന്നതിനാൽ, ഇത് മർദ്ദത്തിൽ തൽക്ഷണ കുറവുണ്ടാക്കും, ഇത് ബെർണൂലിയുടെ സമവാക്യത്താൽ നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്നു. മർദ്ദം കുറയുമ്പോൾ, സാച്ചുറേഷൻ നീരാവി മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുന്നു, അതായത് ദ്രാവക ജലം വാതകമായി മാറാൻ കൂടുതൽ ചായ്‌വുള്ളതായിരിക്കും. ഇത് പ്രൊപ്പല്ലറിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ നീരാവി രൂപപ്പെടാൻ കാരണമാകുന്നു, വെള്ളത്തിൽ, ഈ നീരാവി കുമിളകളായി കാണപ്പെടുന്നു. ഒരു പ്രൊപ്പല്ലർ അല്ലെങ്കിൽ ടർബൈൻ പോലുള്ള ഒരു ദ്രാവകത്തിൽ ഭ്രമണ ചലനം മൂലം കുമിളകൾ രൂപപ്പെടുന്ന ഈ പ്രതിഭാസത്തെ കാവിറ്റേഷൻ എന്ന് വിളിക്കുന്നു.
പ്രധാനമായും പ്രൊപ്പല്ലറിന്റെ അഗ്രഭാഗത്താണ് കാവിറ്റേഷൻ സംഭവിക്കുന്നത്, ഇതിനുള്ള കാരണം ദ്രാവകത്തിന്റെ വേഗതയുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. പ്രൊപ്പല്ലർ സ്ഥിരമായ ഭ്രമണ വേഗത നിലനിർത്തുകയാണെങ്കിൽ, മധ്യ അക്ഷത്തിൽ നിന്ന് ഏറ്റവും അകലെയുള്ള അഗ്രത്തിനായിരിക്കും ഏറ്റവും ഉയർന്ന വേഗത. അതിനാൽ, മർദ്ദം കുറയുന്നത് ഏറ്റവും കൂടുതലായിരിക്കും, കാവിറ്റേഷന്റെ സാധ്യത ഏറ്റവും കൂടുതലായിരിക്കും. അതുകൊണ്ടാണ് മോട്ടോർബോട്ടിന്റെ പിൻഭാഗത്ത് നിന്ന് പുറത്തുവരുന്ന വായു കുമിളകൾ ഡിഎൻഎയുടെ ഹെലിക്കൽ ഘടന പോലെ ആകൃതിയിലുള്ളത്. പ്രകൃതിയുടെ രഹസ്യങ്ങളിലേക്കുള്ള ഒരു എത്തിനോട്ടമെന്ന നിലയിൽ ഈ സർപ്പിള ഘടനകൾ മനോഹരമാണ്, കൂടാതെ ദൈനംദിന ജീവിതത്തിൽ ശാസ്ത്രീയ പ്രതിഭാസങ്ങൾ നിരീക്ഷിക്കാൻ രസകരമായ ഒരു അവസരം നൽകുന്നു.
കടൽത്തീരത്ത് നിന്ന് നോക്കുമ്പോൾ, കാവിറ്റേഷൻ മനോഹരമായിരിക്കും. എന്നാൽ യഥാർത്ഥ എഞ്ചിനീയറിംഗിൽ, കാവിറ്റേഷൻ ഒരു വലിയ തലവേദനയാണ്. പമ്പുകൾ, ടർബൈനുകൾ, ഒരു ബോഡിക്കുള്ളിലെ ദ്രാവകങ്ങളുടെ ചലനം നിയന്ത്രിക്കുന്ന മറ്റ് ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവയിൽ, കാവിറ്റേഷന്റെ നിരന്തരമായ സാന്നിധ്യം ഉപകരണത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തെ തളർത്തുന്നു. കാവിറ്റേഷൻ വഴി സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്ന കുമിളകൾ ദ്രാവകത്തിലൂടെ ഉയർന്ന വേഗതയിൽ നീങ്ങുന്നു, ഇത് കുമിളകൾ നശിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഉയർന്ന മർദ്ദമുള്ള പ്രദേശങ്ങളിലേക്ക് വേഗത്തിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നു, ഇത് വലിയ ആഘാതത്തിന് കാരണമാവുകയും ശബ്ദം സൃഷ്ടിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സൈനിക ആവശ്യങ്ങൾക്കായി ഉപയോഗിക്കുന്ന അന്തർവാഹിനി പ്രൊപ്പല്ലറുകളുടെ രൂപകൽപ്പനയിൽ ഈ ശബ്ദം ഒരു നിർണായക പ്രശ്നമാണ്, കാരണം ഇത് ശത്രുവുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്താനുള്ള സാധ്യത വർദ്ധിപ്പിക്കും. പ്രൊപ്പല്ലറിന് സമീപം കുമിള പൊട്ടൽ സംഭവിച്ചാൽ പ്രശ്നം കൂടുതൽ ഗുരുതരമാകും. നാശത്തിന്റെ ആഘാതം പ്രൊപ്പല്ലറിന് കേടുവരുത്തും. ഓരോ കുമിളയും പ്രൊപ്പല്ലറിന് ഉണ്ടാക്കുന്ന ആഘാതവും കേടുപാടുകളും തീർച്ചയായും വളരെ ചെറുതാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഒരു മോട്ടോർ ബോട്ടിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, ഈ ഘടനകൾ തുടർച്ചയായി പ്രവർത്തിക്കേണ്ടതുണ്ട്, അതായത് കാവിറ്റേഷൻ തുടർച്ചയായി സംഭവിക്കുന്നു. അതിനാൽ, ഒരു നിശ്ചിത തലത്തിലുള്ള ഈട് നിലനിർത്തേണ്ട ഘടനകളെ കാവിറ്റേഷൻ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നു.
അതിനാൽ, പല ഗവേഷകരും കാവിറ്റേഷൻ തടയുന്നതിനുള്ള വഴികൾ കണ്ടെത്തി. പ്രൊപ്പല്ലറിൻ്റെ വേഗത പരിമിതപ്പെടുത്തുക എന്നതാണ് ഏറ്റവും ലളിതമായ ചില വഴികൾ, അതുവഴി കാവിറ്റേഷൻ സംഭവിക്കുന്നത് തടയുന്ന വേഗതയിൽ മാത്രമേ യന്ത്രത്തിന് പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയൂ, അല്ലെങ്കിൽ പ്രൊപ്പല്ലറിൻ്റെ ബ്ലേഡ് നീളം കഴിയുന്നത്ര ചെറുതാക്കുക. മറ്റുള്ളവ പമ്പിൻ്റെ സ്ഥാനം കഴിയുന്നത്ര താഴേക്ക് താഴ്ത്തണം, കാരണം കാവിറ്റേഷൻ സംഭവിക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ടാണെന്ന് വിശദീകരിക്കുന്ന ബെർണൂലി സമവാക്യത്തിന് ഒരു ഉയരം ഉണ്ട്. മറ്റുചിലത് ദ്രാവകത്തിൻ്റെ മൊത്തത്തിലുള്ള മർദ്ദവും വേഗതയും കുറയ്ക്കുക, അങ്ങനെ കുമിളകൾ പൊട്ടാനുള്ള സാധ്യത കുറവാണ്. നിങ്ങൾക്ക് ദ്രാവകത്തിൻ്റെ തരം മാറ്റാൻ കഴിയുമെങ്കിൽ, നിങ്ങൾക്ക് കഴിയുന്നത്ര വിസ്കോസ് ഇല്ലാത്ത ഒരു ദ്രാവകവും ഉപയോഗിക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, ഈ രീതികളെല്ലാം മെഷീൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തെ പരിമിതപ്പെടുത്താം അല്ലെങ്കിൽ സാമ്പത്തികമായി കാര്യക്ഷമമല്ല. അതിനാൽ, സമീപകാല ഗവേഷണങ്ങൾ കാവിറ്റേഷൻ അടിച്ചമർത്തുന്ന പ്രൊപ്പല്ലറുകളുടെ മാതൃകകൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിച്ചു. നൂതന വിമാന എഞ്ചിനുകളുടെ രൂപകല്പനയിലും ഓഫ്‌ഷോർ ഘടനകളുടെ ഈട് മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും ആത്യന്തികമായി ഊർജ്ജ ദക്ഷത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിൽ ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നതിനും ഇത് ഗണ്യമായ സംഭാവന നൽകും.
മനോഹരമായ സർപ്പിളാകൃതികൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ കാവിറ്റേഷൻ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നുവെന്ന് ഞങ്ങൾ ഇതുവരെ കണ്ടു. ഒന്നുമില്ലായ്മയിൽ നിന്ന് ഒരു പ്രൊപ്പല്ലറിൽ വായു കുമിളകൾ എങ്ങനെ രൂപപ്പെടുന്നു എന്നതിനെക്കുറിച്ചുള്ള നിങ്ങളുടെ ജിജ്ഞാസ ഈ ലേഖനം ശമിപ്പിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. ശാസ്ത്രീയ പ്രതിഭാസങ്ങളുടെ പിന്നിലെ സങ്കീർണ്ണമായ തത്വങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കുന്നത് നമ്മുടെ ദൈനംദിന അനുഭവങ്ങളെ സമ്പന്നമാക്കുകയും പ്രകൃതിയിൽ നാം കണ്ടെത്തുന്ന ചെറിയ അത്ഭുതങ്ങളെ വിലമതിക്കാൻ സഹായിക്കുകയും ചെയ്യും.