பல டன் எடை கொண்ட மேகங்கள்

பல 'டன்' எடை கொண்ட மேகங்கள் புவியீர்ப்பு விசையினால் பாதிக்கப்படாமல் வானில் மிதப்பது எப்படி?

கலைச்சொற்கள்

• படிகங்கள் - crystals
• வளிக்கோளகம்- atmosphere

மேகங்கள் முதன்மையாக சிறிய நீர் துளிகளால் ஆனவை, அது போதுமான குளிர்ச்சியாக இருந்தால், பனி படிகங்களாக மாறும். நீங்கள் பார்க்கும் பெரும்பான்மையான மேகங்களில் நீர்த்துளிகள் அல்லது படிகங்கள் உள்ளன, அவை எந்தவிதமான வீழ்ச்சியின் வேகத்தையும் கொண்டிருக்க முடியாத அளவிற்கு சிறியவை. எனவேதான் துகள்கள் சுற்றியுள்ள காற்றோடு தொடர்ந்து மிதக்கின்றன. தரையில் நெருக்கமான ஒரு ஒப்புமைக்கு, சிறிய தூசி துகள்கள் சூரிய ஒளியில் பார்க்கப்படும் போது, ​​காற்றில் மிதப்பது போல் தோன்றும்.

உண்மையில், ஒரு பொதுவான நீர் துளியின் மையத்திலிருந்து அதன் விளிம்பிற்கான தூரம் - அதன் ஆரம் - ஒரு சில மைக்ரான் (ஒரு மில்லிமீட்டரின் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கு) முதல் சில பல்லாயிரம் மைக்ரான் வரை இருக்கும் (பனி படிகங்கள் பெரும்பாலும் சற்று பெரியவை). எந்தவொரு பொருளும் விழும் வேகம் அதன் நிறை மற்றும் மேற்பரப்புடன் தொடர்புடையது - அதனால்தான் ஒரு இறகு அதே எடையின் கூழாங்கல்லை விட மெதுவாக விழுகிறது. தோராயமாக கோளமாக இருக்கும் துகள்களுக்கு, திணிவு கனசதுரம்(r3) ஆரத்திற்கு விகிதாசாரமாகும்; அத்தகைய துகள் கீழ்நோக்கி எதிர்கொள்ளும் பரப்பளவு ஆரம் சதுரத்திற்கு (r2) விகிதாசாரமாகும். இதனால், ஒரு சிறிய நீர் துளி வளரும்போது, ​​அதன் நிறை அதன் வடிவத்தை விட முக்கியமானது ,இதனால் துளி வேகமாக விழுகிறது. 100 மைக்ரான் ஆரம் கொண்ட ஒரு பெரிய துளி கூட விநாடிக்கு சுமார் 27 சென்டிமீட்டர் (செ.மீ / வி) வீழ்ச்சி வேகம் கொண்டது. பனி படிகங்கள் அதிக ஒழுங்கற்ற வடிவங்களைக் கொண்டிருப்பதால், அவற்றின் வீழ்ச்சி வேகம் ஒப்பீட்டளவில் சிறியதாக இருக்கும்.

வளிக்கோளகத்தில் மேல்நோக்கிய செங்குத்து இயக்கங்கள் அல்லது புதுப்பிப்புகள் மேகங்களின் மிதக்கும் தோற்றத்திற்கு அவற்றின் தொகுதி துகள்களின் சிறிய வீழ்ச்சி வேகங்களை ஈடுசெய்வதன் மூலம் பங்களிக்கின்றன. மேகங்கள் பொதுவாக,

→ உருவாகின்றன

→ உயிர்வாழ்கின்றன

→ மேல்நோக்கி நகரும் காற்றில் வளர்கின்றன.

அதன் மீது அழுத்தம் குறைவதால் உயரும் காற்று விரிவடைகிறது, மேலும் மெல்லிய, அதிக உயரமுள்ள காற்றாக விரிவடைவது குளிர்ச்சியை ஏற்படுத்துகிறது. போதுமான குளிரூட்டலால் இறுதியில் நீராவி அடர்த்தியாகிறது, இது மேகங்களின் உயிர்வாழ்விற்கும் வளர்ச்சிக்கும் பங்களிக்கிறது. ஸ்ட்ராடிஃபார்ம் மேகங்கள் (நிலையான மழையை உருவாக்கும்) பொதுவாக பரவலான ஆனால் பலவீனமான மேல்நோக்கிய இயக்கத்துடன் கூடிய சூழலில் உருவாகின்றன; வெப்பச்சலன மேகங்கள் (மழை மற்றும் இடியுடன் கூடிய மழை) வினாடிக்கு சில மீட்டர்களைத் தாண்டிய புதுப்பிப்புகளுடன் தொடர்புடையவை. இரண்டு நிகழ்வுகளிலும், மேகத் துகள்களின் சிறிய வீழ்ச்சி வேகங்களை மறுக்க வளிக்கோளக ஏற்றம் போதுமானது.

மேகங்களின் ஒப்பீட்டு இலேசான தன்மையை விளக்குவதற்கான மற்றொரு வழி, ஒரு மேகத்தின் மொத்த திணிவை அது வாழும் காற்றின் திணிவுடன் ஒப்பிடுவது. 10,000 அடி உயரத்தில் ஒரு கற்பனையான ஆனால் வழக்கமான சிறிய மேகத்தைக் கவனியுங்கள், இதில் ஒரு கன கிலோமீட்டர் அடங்கும் மற்றும் ஒரு கன மீட்டருக்கு 1.0 கிராம் நீர்ம நீர் உள்ளடக்கம் இருக்கும். மேகத் துகள்களின் மொத்த நிறை சுமார் 1 மில்லியன் கிலோகிராம் ஆகும், இது 500 ஊர்திகளின் எடைக்கு சமமானதாகும். ஆனால் அதே கன கிலோமீட்டரில் காற்றின் மொத்த நிறை சுமார் 1 பில்லியன் கிலோகிராம் - நீர்மத்தை விட 1,000 மடங்கு கனமானது!

எனவே, வழக்கமான மேகங்களில் ஏராளமான நீர் இருந்தாலும், இந்த நீர் சிறிய நீர் துளிகள் அல்லது படிகங்களின் வடிவத்தில் மைல்களுக்கு பரவுகிறது, அவை மிகச் சிறியவை, அவை மீது ஈர்ப்பு விளைவு மிகக் குறைவு. இதனால், தரையில் நம்முடைய பார்வைக்கு மேகங்கள் வானத்தில் மிதப்பது போல் தெரிகிறது.

உசாத்துணை:

• Why do clouds float when they have tons of water in them?

படிமம்- Cosmos Magazine

முகிலினங்கள் அலைகிறதே, முகவரிகள் தொலைந்தனவோ? முகவரிகள் தவறியதால், அழுதிடுமோ, அது மழையோ? நீள(ல) வானிலே வெள்ளி ஓடைகள், ஓடுகின்றதே, என்ன ஜாடைகள்! …விண்வெளியில் விதைத்தது யார் நவமணிகள்!

(வெம்மையான வாயுக்களும், குளிர்ந்த வாயுக்களும் அடர்த்தி வேறுபாடு காரணமாக சுழற்சியிலே(Circulation) இருக்கும். காலையில் வெம்மையான காற்று நிலத்திலிருந்து, வானில் மேலேறி சென்று குளிர்கிறது. இரவில், கடலிலிருந்து வெப்பக்காற்று மேலேறி, நிலத்தைக் குளிர்விக்கிறது.இதுவே காற்றோட்டம்(Wind current).இதேபோல் கடலிலும் நடக்கும்.)

புவியின் ஈர்ப்புவிசையால் மேகங்களும் ஈர்க்கப்படுகின்றன. ஆயினும், அவையின் ஈர்ப்பை வெம்மையான வாயுக்களின் ஓட்டம்(Warm current airflow) எதிர்கொண்டு ஈடுசெய்கிறது. முகில்களில் நிறைந்துள்ள நீர்மூலக்கூறுகள் சிறுசிறு துளிகளாக கோளவடிவம் (பரப்பு இழுவிசை பண்பினால்) எடுக்கின்றன. இவற்றின் விட்டம் மிகச் சிறிது (

10−6

${10}^{-6}$ மீ- மைக்ரான் அளவு). இவ்வளவு குறுகிய வடிவம் மிகக் குறைவான ஈற்றுவேகம் (Terminal velocity) கொண்டிருக்கும்.

ஈற்றுவேகம் என்றால் என்ன?

ஒருப்பொருள் ஈர்ப்புவிசைக்கு உட்பட்டு கீழே விழுகையில், அது குறிப்பிட்ட நேரத்திற்குப் பின், நிலையான(மாறுபடாத) வேகத்தில் சீராக கீழேவிழும்.(முடுக்கப்படாது). அவ்வேகமே ஈற்றுவேகம் எனப்படும்.

(கோள வடிவு நீர்த்துளி மீது செயல்படும் விசைகள்.)

ஒரு நீர்த்துளியின் கீழ்நோக்கிய(புவிஈர்ப்புவிசையால்) இயக்கத்தைக் காண்போம். அது பரப்பு இழுவிசை (Surface Tension) பண்பினால், குறைந்த இறுக்கத்தைத் தோற்றுவிக்கும் கோளவடிவை எடுக்கிறது. அப்பொழுது அதன் மீது, மூன்று விசைகள் தொழிற்படுகின்றன.

F

d

• இழுவிசை (Drag Force).
• மிதவிசை. (Buoyant force, இதனை முன்னோக்கு விசை,Upward Thrust என்றும் அழைப்பர்.).
• எடைவிசை. (Weight)

நீர்த்துளி இயல்இயக்க சமனிலையில்(Mechanical Equilibrium) இருக்க வேண்டுமெனில், அதன் மீது தொழிற்படும் விசைகளின் கூட்டு சுழியாக இருக்கவேண்டும். ஈர்ப்புவிசையின் திசையில் செயல்படும் விசை.ஈர்ப்புவிசைக்கு எதிர்திசையில் (கீழ்நோக்கிய இயக்கத்தை எதிர்க்கும்) செயல்படும் விசைகள் 

(இடப்பக்க படம்:நேரம் அதிகரிக்கையில், பொருளின் வேகம் நிலையானதொரு வேகத்தை அடைகிறது.

வலப்பக்க படம்: நேரம் செல்கையில், பொருளின் முடுக்கம் குறைந்துகொண்டே வந்து ஒருகட்டத்தில், சுழியாகிறது. அவ்விடமே ஈற்றுவேகம்.)

இதில் வீழ்த்தப்பட்ட பரப்பளவு என்றாலென்ன என்று அறிய வேண்டியது இன்றியமையாததாகும். ஒரு முப்பரிமாண வடிவத்தினை இருப்பரிமாண தளத்தில் வீழ்த்துவது, செங்குத்து வீழ்த்தல் (Orthographic projection) என்று அழைக்கப்படும். ஏன் செங்குத்து வீழ்த்தல்? முப்பரிமாண வடிவத்தில் இருந்து நீட்டிக்கப்படும் கோடுகள் வீழ்த்தப்படும் இருபரிமாண தளத்திற்கு செங்குத்தாக அமைவதால் செங்குத்து வீழ்த்தல் எனப் பெயர்பெற்றது.

இது மிகவும் எளிமையான கருத்துரு தான். நீங்கள் ஒரு பொருள் மீது வெளிச்சம் பாய்ச்சி, சுவரில் அதன் நிழல் விழும்படி செய்வீர்கள் (வீழ்த்துவீர்கள்) இல்லையா? அதுதான் செங்குத்து வீழ்த்தல். முப்பரிமாணத்தை இருபரிமாண மாக்கும் வித்தைதான் இது. இதனைப் பொறியியல் மாணவர்கள் கற்பார்கள்.

(செங்குத்து வீழ்த்தலில், மூன்று பார்வைகள்(வீழ்த்தல்கள்) முதன்மையானது. இம்மூன்றையும் இணைத்தால், முப்பரிமாண வடிவம் கிடைக்கும். அவை, முகப்பார்வை(Front view), மேற்பார்வை(Top view), பக்கவாட்டுப்பார்வை(Side view). அதுவே, இப்படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது.)

நிறையுடன் ஒப்பிடுகையில், கூடுதலான வீழ்த்தப்பட்ட பரப்பளவைக் கொண்ட பொருட்களுக்கு குறைந்த ஈற்றுவேகம் இருக்கும். எ.கா பாராசூட்கள்.

(கோளவடிவின் செங்குத்து வீழ்த்தல் படம் வட்டமாக இருக்கும். வட்டம்தான் முப்பரிமாணத்தில் கோளம். இடையிலுள்ள படம் கோளத்தின் செங்குத்து வீழ்த்தலைக் காட்டுகிறது.)

அதுவே, நிறையுடன் ஒப்பிடுகையில் குறைவான வீழ்த்தப்பட்ட பரப்பளவைக் கொண்ட பொருட்களுக்கு அதிக ஈற்றுவேகம் இருக்கும். எ.கா துப்பாக்கித் தோட்டாக்கள்.

பொதுவில், ஒரே அளவுள்ள வடிவத்துக்கும்(size), பொருளுக்கும்(material) ஈற்றுவேகம், அப்பொருளின் வடிவ அளவு(Geometric size) அதிகரிக்க அதிகரிக்க கூடும். ஏனெனில், எடைவிசையானது ஒருப்பொருளின் நேரிசை பரிமாணத்தின்(Linear dimension, இங்கு விட்டம்) மூவடுக்குடன் நேர்விகிதத்தில்(directly proportional to cube of linear dimension) இருக்கிறது.

(W∝

r3

)

$(W\propto r^3)$ காற்றெதிர்ப்பு(Air resistance) பொருளின் குறுக்குப் பரப்பளவுடன்(cross sectional area) நேர்விகிதத்தில் இருக்கிறது. 

(Airresistance∝

Ac

).

$(Airresistance\propto A_c).$இக்குறுக்குப் பரப்பளவு பொருளின், நேரிசை பரிமாணத்தின் ஈரடுக்கு (square) உயரும்போதே உயரும்.

(

Ac

∝

r2

)

$(A_c\propto r^2)$ இதன் விளைவாக, பொருளின் அளவு அதிகரிக்கையில், எடைவிசைதான் அதிகரிக்கிறது.

விலங்குகளின் வடிவ அளவைப் பொறுத்து, அவை கீழே விழும்போது நேரும் தாக்கங்கள் குறித்து, உயிரியலாளர் ஜே.பி.எஸ் ஆல்தேன்(JBS Haldane) பின்வருமாறு எழுதுகின்றார்.

எலி முதலிய சிறிய விலங்கினங்களுக்கு ஈர்ப்புவிசை எந்த சேதத்தையும் விளைவிப்பதில்லை. எலியை ஆயிரம் அடி உயரத்தில் இருந்து கீழே விழச்செய்தாலும், தரையை அடையும்போது, சிறிது அதிர்ச்சியுடன் நடந்து ஓடிவிடும். அதேவேளை ஒரு மனிதனின் எலும்புகள் உடைகின்றன; குதிரை உடல்சிதறுகிறது. ஈர்ப்புவிசையின் தாக்கம், பொருளின் பரப்பளவிற்கு (Surface Area) நேர்விகிதத்தில் அமைந்துள்ளது.

இரும்புப் பந்தைக் காட்டிலும், சிறகு காற்றில் ஊசலாடிய படிதான் விழுகிறது. தமது நிறையை பொருளின் பரப்பு முழுதிலும் சீராக பகிர்ந்துள்ள வடிவங்கள் குறைவான ஈற்றுவேகத்தைப் பெற்றிருக்கும்.

நீர்த்துளியின் விட்டம் சிறிதாக இருக்கையில் ஈர்ப்புவிசையின் பிடியினை , வெம்மையான காற்றோட்டம் எதிர்கொண்டு வென்றுவிடுகிறது. அதேபோல், நீர்த்துளிகளின் ஈற்றுவேகமும் மிகக்குறைவாக இருப்பதால், அவை வானில் மேகக்கூட்டங்களாக நீண்டகாலம் இருக்கமுடியும். நீர்த்துளிகள் ஒன்றிணைந்து, அவையின் விட்டம் எப்போது ஒரு குறிப்பிட்ட வரம்பை மீறுகிறதோ, ஈற்றுவேகம் அதிகரித்துவிடும். ஈர்ப்புவிசையின் கை ஓங்கிவிடும். அது மழையாக பெய்கிறது. உலகோர் பசியெல்லாம் தீர்க்கிறது.

"மாமழை போற்றுதும்;மாமழை போற்றுதும்"

(கட்டுரை - Tamil Quora

படங்கள்: கூகுள்)