నూనెందుకు వంపుగా ప్రవహిస్తుంది?

  

డబ్బాల్లోంచి నూనెను, గ్లాసుల్లోంచి పళ్లరసాల్ని, కప్పుల్లోంచి టీని వంపేప్పుడు ఆయా ద్రవాలు నిలువుగా కాకుండా వంపుగా పాత్రల గోడ అంచుల మీద ప్రవహిస్తూ ఇబ్బంది పెడతాయెందుకు? - విద్యార్థులు, జనవిజ్ఞానవేదిక సృజనోత్సవ క్యాంపు, విజ్ఞాన్‌ హైస్కూల్‌, వరంగల్‌
వాయువులను, ద్రవాలను ప్రవాహకాలు(fluids) అంటారు. ద్రవాలకున్న ప్రవాహ లక్షణాల్లో ప్రవాహ వేగానికీ, ప్రవాహకాల అంతరంగిక పీడనాని(pressure) కి ఉన్న సంబంధం చాలా ముఖ్యమైంది. ప్రవాహవేగం పెరిగితే ఆ ప్రవాహకాల్లో పీడనం తగ్గుతుంది. ప్రవాహకాల వేగం తక్కువయితే ఆ ప్రవాహకాల్లో పీడనం ఎక్కువ ఉంటుంది. మరో మాటలో చెప్పాలంటే ప్రవాహకాల వేగానికీ, ప్రవాహకాలు కలిగించే పీడనానికీ విలోమ (inverse) సంబంధముందన్న మాట. ఈ నియమాన్నే 'బెర్నౌలీ సూత్రం (Bernauli’s principle)µ అంటారు. ఇది వాయువులకు ద్రవాలకు రెంటికీ వర్తిస్తుంది. ఈ సూత్రం ఆధారంగానే విమానాలు, పక్షులు, కీటకాలు, గాలిపటాలు గాల్లో ఎగరగలుగుతున్నాయి. ఈ సూత్రం ఆధారంగానే పీడనాన్ని తగ్గించేందుకు ఓవర్‌హెడ్డు నీటి ట్యాంకు నుంచి పైపుల ద్వారా నీటిని కిందికి పంపే పైపుల వ్యాసార్థాన్ని (radius of cross section) తగ్గించుకుంటూ వెళతారు. ఈ సూత్రం ఆధారంగానే లోతుగా ఉన్న సముద్రభాగంలో కన్నా తీరప్రాంతాల్లోనే అలల ఉధృతి ఎక్కువ ఉంటుంది.

ఇక ద్రవాల విషయానికొస్తే పైన పేర్కొన్న ' బెర్నౌలీ సూత్రం'తోపాటు వీటికి తలతన్యత (surface tension), స్నిగ్ధత (viscosity) అనే లక్షణాలు కూడా ఉంటాయి. స్నిగ్థతా గుణం వల్ల పాత్రలకు అంటుకున్న భాగాల కన్నా పాత్రల గోడల కు దూరంగా ఉన్న ద్రవ భాగాల వేగం ఎక్కువ ఉంటుంది. తలతన్యత గుణం వల్ల ద్రవాలు తమ ఆకృతిని గోళాకారం (spherical shape) లోనే ఉంచుకోవడానికి ప్రయత్నిస్తాయి. అందుకే వాన చినుకులు, ఇతర ద్రవాల బిందువులు (droplets)ర) గుండ్రంగా ఉంటాయి. స్నిగ్ధతా గుణం, తలతన్యత, బెర్నౌలీ సూత్రం సంయుక్తంగా పనిచేయడం వల్లే కుళాయి తిప్పినప్పుడు ధారగా కిందపడే నీటిధార కుళాయి మూతి దగ్గర విస్తారంగాను, కిందికి వెళ్లే కొద్దీ సన్నబడుతూ ఆ తర్వాత బిందువులు (చుక్కలు) గా మారుతుంది. ఇపుడిక అసలు విషయానికి వద్దాము..

గ్లాసుల్లోనూ, మీరన్న ఇతర పాత్రల్లోను ఉన్న ద్రవాలు, ఆయా పాత్రలను వంచినపుడు న్యూటన్‌ గురుత్వాకర్షక బలసూత్రాల ప్రకారం నిట్టనిలువుగా కిందపడాలి. కానీ అవి పాత్రల అంచుల మీదగా ప్రవహిస్తూ మనం ఒక దగ్గర పోయాలనుకుంటే అవి మరోచోట పడి ఇబ్బంది, విసుగు కలిగిస్తాయి. ఇందుకు కారణం ద్రవాలకున్న తలతన్యత, స్నిగద్ధత, బెర్నౌలీ సూత్రాలే. మనం పాత్రను వంచినపుడు ఆ ద్రవం పాత్రల అంచునకు లోపలివైపు పొర అంటుకున్నందున అక్కడ వేగం ఎక్కువ ఉండదు. పైగా ఆ ద్రవం అంచుల వల్ల తలతన్యత గుణం వల్ల వంపు తిరుగుతుంది. అంటే పడుతున్న ద్రవపు పైపొర ఎక్కువదూరం ప్రయాణించేలా, లోతట్టు పొర తక్కువ దూరం ప్రవహించేలా రూపం ఏర్పడుతుంది. పర్యవసానంగా పాత్ర గోడలకు, ద్రవపు లోపలి అంచుకు మధ్య ఉన్న గాలిపొర పలుచగా అవుతుంది. అంటే అక్కడ గాలి పీడనం బాగా తక్కువ అవుతుంది. కానీ ధార ఆవలభాగంలో ఉన్న గాలి పీడనం యథారీతిలో ఉంటుంది.

మరోమాటలో చెప్పాలంటే ధారకు బయటివైపు గాలి పీడనం ఎక్కువగాను, లోపలి భాగం తక్కువగాను ఉంటుంది. అందువల్ల ధారమీద పాత్రవైపు నికరబలం (effective force from the pressure) పడుతుంది. అంటే ధారను పాత్రవైపున నెట్టేలా గాలి పీడనం పనిచేస్తుంది. అలా నెట్టబడ్డ ద్రవానికి, పాత్రగోడలకు మధ్య ఎంతోకొంత అనుబంధ బలాలు (వీటినే తెలుగు అకాడమీ వారు సంసంజన బలాలు లేదా (choesive forces అంటారు.) ఉండడం వల్ల పైన తెలిపిన పరిస్థితి పునరావృతం అవుతుంది. అందుకే ద్రవాలు పాత్రల గోడల మీదుగా వంపుగా ప్రయాణిస్తాయి. ఈ ఇబ్బందిని అరికట్టాలంటే ద్రవం మీద లోపల బయట వేర్వేరు వంపులు లేకుండా చూడాలి. అపుడు ద్రవం మీద పనిచేసే నికరబలం తక్కువ అవుతుంది. లేదా ద్రవానికి, పాత్ర గోడలకు అంచు (పాత్ర మూతి లేదా brim) దగ్గరే దూరం ఎక్కువ ఉండాలి. తర్వాత ఎంతో కొంత లోపలికి నెట్టబడుతున్నా పాత్ర గోడలకు అంటుకొనే అవకాశం ఉండదు. అందువల్లే పాత్రల మూతుల వద్ద పక్షి ముక్కులాగా వంపును రూపొందిస్తారు. ఇది ధార మందాన్ని తగ్గించి పీడన వ్యత్యాసాల్ని నివారించడమే కాకుండా ద్రవ ధారను, పాత్ర గోడకు దూరంగా ఉంచుతుంది.