Showing posts with label ఉష్ణం. Show all posts
Showing posts with label ఉష్ణం. Show all posts
1.
మరి
కట్టెల పొయ్యిలో ఊదినప్పుడు మంట ఎందుకు పెరుగుతుంది?
పైన
కొవ్వొత్తి ఉదాహరణలో ఇంధనం వత్తి అనే ఇరుకు దారి వెంట మంటని చేరుకుంటోంది. అక్కడ, వత్తి
కొసలో, అంటే ఆ ఒక్క చిన్న బిందువు వద్ద, మంటని పక్కకి ఊదేస్తే ఇక మళ్లీ మంట పుట్టదు.
మంటని ఊదినప్పుడు వత్తి కొస కాస్త చల్లబడుతుంది. కనుక ఇక మళ్లీ మంట పుట్టదు.
కాని
కట్టెల పొయ్యిలో ఇంధనం ఒక్క బిందువు వద్ద లేదు. కట్టె ఉపరితలం మొత్తం ఇంధనానికి మూలం.
కనుక ఊదినప్పుడు జరిగేది మంటని పక్కకి తొలగించడం కాదు. ఎందుకంటే అన్ని కట్టెల మీద మంటని
ఒకే సారి తొలగించడం జరగదు.
ఊదినప్పుడు
ఏర్పడ్డ వాయు ప్రవాహంలో పీడనం (pressure) తగ్గుతుంది.
దీన్నే వెంచురీ ప్రభావం (Venturi effect) అంటారు. దీన్ని అర్థం చేసుకోడానికి ఈ చిన్న
ప్రయోగం చెయ్యొచ్చు.
రెండు
పొడవాటి కాగితపు బద్దలని వేలాడుతున్నట్టుగా పట్టుకుని (చిత్రం) వాటి మధ్య నుండి ఊదాలి.
మనం ఉదిన గాలికి రెండు కాగితాలు దూరం అవుతాయి అనుకుంటాం. కాని నిజానికి దగ్గరికి వస్తాయి.
కాగితాలకి ‘బయట’ వైపు ఉన్న గాలి పీడనం, ‘లోపలి’ వైపు పీడనం కన్నా ఎక్కువ కావడం వల్ల
గాలి లోపలికి తోసుకొస్తుంది. కాగితాలు దగ్గర అవుతాయి.
http://woodgears.ca/physics/venturi.html
కనుక
కట్టెపొయ్యిలోకి గాలి ఊదినప్పుడు, చుట్టూ ఉన్న గాలి పీడనం కాస్త ఎక్కువగా ఉండడం వల్ల
చుట్టుపక్కల గాలి లోపలికి చొచ్చుకొస్తుంది. దాని వల్ల మరింత ఆక్సిజన్ కట్టెలకి లభ్యం
అవుతుంది. మంట వృద్ధి చెందుతుంది.
కట్టె
పొయ్యిలో ఊదినప్పుడు మరొకటి కూడా జరుగుతుంది. మండే కట్టే వల్ల బూడిద పుడుతుంది. ఆ బూడిద
పొయ్యిలోనే పేరుకుంటూ ఉంటుంది. కట్టె మీద బూడిద పేరుకుని కట్టె లోపలి ఇంధనానికి, బయట
ఉన్న ఆక్సిజన్ కి మధ్య ఓ నిరోధకపు తెరలాగా (insulating layer) ఏర్పడి అడ్డుపడుతూ ఉంటుంది. దీన్నే మనం కాస్త కవితా ధోరణిలో “నివురు గప్పిన
నిప్పు” అంటూ వుంటాం!
కొవ్వొత్తిలో
ఈ బెడద వుండదు. మైనం మండగా ఏర్పడ్డ అంశాలన్నీ ఆవిరై ఆ చుట్టుపక్కల లేకుండా తొలగిపోతాయి.
కనుక ఇంధనం యొక్క ప్రవాహం నిరంతరాయంగా మంట వద్దకి చేరుతూ ఉంటుంది. (మీబోటి నా బోటి
వాళ్లెవరైనా గట్టిగా ఊదేసి రసాభాస చేస్తే తప్ప!!!)
కట్టెల
మీదకి ఊదినప్పుడు ఆ బూడిద పైపూత తొలగిపోతుంది. లోపల వున్న వేడెక్కిన కట్టెకి, పైనున్న
ఆక్సిజన్ తో సంపర్కం ఏర్పడుతుంది. వంట కొనసాగుతుంది…
(కొసమెరుపు:
కట్టెపొయ్యి
చిత్రాల కోసం గూగుల్ లో దేవుళ్లాడుతుంటే దేవుళ్ళా ఈ వెబ్ సైట్ తారసపడింది.
ఆయనెవరో
మన కట్టెపొయ్యిల గొప్పదనాన్ని వేనోళ్లకొనియాడుతున్నారు. కట్టెపొయ్యిల వల్ల ఎన్నో “క్రిమికీటకాలు”
దూరంగా తొలగిపోయని అంటున్నారు. అక్కడితో ఆగక అంత గొప్ప పొయ్యిలని మనకి వారసత్వంగా ఇచ్చిన
మన ప్రాచీన భారత సంస్కృతిని గణుతిస్తున్నారు. హైందవ సంస్కృతికి, ప్రాచీన భారత సంస్కృతికి
జయ్యంటున్నారు.
కట్టెపొయ్యిల
నుండి వచ్చే పొగ వల్ల వచ్చే ఆరోగ్యసమస్యల గురించి కొంత సమాచారం!!!
)
ఈ మధ్యన ఓ చక్కని
తెలుగు పుస్తకం కంటపడింది. ఎంతో కాలంగా నా బీరువాలో వున్నా, నిన్నే ఎందుకో పైకి తీసి
తిరగేశాను. పుస్తకం పేరు ‘అనుభవాల సారం’. ‘మంచి పుస్తకం’ మరియు ‘జనవిజ్ఞాన వేదిక’ వాళ్ల
ప్రచురణ. ‘చదువు’ కి సంబంధించిన ఓ చక్కని పుస్తకం ఇది. ఆంధ్రప్రదేశ్ లో తెలుగు మీడియం
బడులలో టీచర్లకి తమ తరగతులలో కలిగిన ఆసక్తికరమైన అనుభవాలని పొందుపరుస్తూ కూర్చబడ్డ
పుస్తకం ఇది. పిల్లలు క్లాసులో అడిగే ఆసక్తికరమైన
ప్రశ్నలు, దానికి టీచర్ల స్పందన – వీటికి సంబంధించిన కథలెన్నో ఆ పుస్తకంలో వున్నాయి.
అందులో “ఊదినప్పుడు
దీపం ఎందుకు ఆరిపోతుంది?” అన్న అంశం మీద ఒక పిల్లవాడు అడిగిన ప్రశ్న, అందుకు టీచర్
యొక్క స్పందన ఆసక్తికరంగా అనిపించింది. ఆ వృత్తాంతం టీచర్ సొంత మాటల్లోనే విందాం.
--- వృత్తాంతం
మొదలు ---
పొయ్యి దగ్గర
కార్బన్ డయాక్సయిడ్ పని చెయ్యదా?
“నేను నెల్లూర్
జిల్లా బుచ్చి మండలంలోని రెడ్డి పాళెం ప్రాథమికోన్నత పాఠశాలలో పనిచేస్తున్నాను.
5 వ తరగతి విద్యార్థులకు “పరిసరాల విజ్ఞానం
- 2”
లో ‘మనం పీల్చే గాలి’ అనే పాఠ్యాంశంలో గాలి లోని వాయువులు, వాటి ఉనికిని గుర్తించేందుకు
చిన్న చిన్న ప్రయోగాల ద్వార వివరిస్తూ గాలిలో చాలా తక్కువ శాతం కార్బన్ డయాక్సయిడ్
ఉంటుందని, అది మనం విడిచే గాలిలో ఉంటుందని చెప్పి, ‘అగ్గిపుల్లని వెలిగించి నోటితో
ఊదినప్పుడు అది ఆరిపోతుంది. కారణమేమి?’ అని అడిగాను. విద్యార్థులు ఒక్క క్షణం తరువాత
‘నోటిలో నుండి వచ్చే కార్బన్ డయాక్సయిడ్ వల్ల’ అని చెప్పారు. అప్పుడు కార్బన్ డయాక్సయిడ్
కి మంటలని ఆర్పే స్వభావం ఉంటుందని చెప్పాను.”
“ఎప్పుడూ తరగతిలో
చురుగ్గా ఉండే రాజేంద్రప్రసాద్ అనే విద్యార్థి ఆ రోజు ఏదో ఆలోచిస్తూ నిశ్శబ్దంగా, స్తబ్ధంగా
ఉండటం గమనించి, ‘ఏం రా, రజేంద్రా? ఏం ఆలోచిస్తున్నావు?’ అని అడిగాను. అప్పుడు వాడు
ఆలోచిస్తూ, ‘మా ఇంట్లో కట్టెల పొయ్యి మీద అన్నం చేసున్నప్పుడు మంట ఆరిపోయిన ప్రతీ సారి
అమ్మ నోటితో గట్టిగా ఊదినప్పుడల్లా మంట ఎక్కువ అవుతుంది. ఎందుకని సార్? అది కార్బన్
డయాక్సయిడ్ వల్ల ఆరిపోవాలి కదా?’ అన్నాడు.”
“వాడి మాటలు
నాలో ఒకింత ఆశ్చర్యాన్ని, ఆలోచనని రేకెత్తించాయి. అతన్ని మెచ్చుకుంటూ ‘గాలిలో కార్బన్
డయాక్సయిడ్ కన్నా ఆక్సిజన్ ఎక్కువ ఉంటుంది. ఇంతకు ముందు తెలుసుకున్నట్టు ఆ ఆక్సిజన్
మంటలు మండటానికి ఉపయోగపడుతుంది. మనం ఊదే గాలి మన చుట్టూ ఉన్న గాలిపొరలపై వత్తిడిని
కలిగించడం వల్ల ఆ గాలిలోని ఆక్సిజన్ వల్ల మంట ఎక్కువయ్యింది,’ అని సమాధాన పరచగలిగాను.”
“అప్పుడు నాకు
‘విద్యార్థులే నిజమైన గురువులు’ అన్న మాటలు అక్షర సత్యాలని, వారిని ఆలోచింపజేస్తే వారు
మనల్ని కచ్చితంగా ఆలోచింపజేస్తారని గ్రహించాను.”
షేక్ ఫఫీవుల్లా,
రెడ్డి పాళెం. Pg 73, అనుభవాలు పంచుకుందాం.
--- వృత్తాంతం
సమాప్తం ---
ఇది చాలా ఆసక్తికరమైన
ప్రశ్న. పిల్లవాడు అడిగిన ప్రశ్నకి టీచరు విసుక్కోకుండా ఆలోచించి సమాధానం చెప్పడం విశేషం.
అలా ప్రశ్నించే పిల్లలు గాని, అలా ఓపిగ్గా
సమాధానం చెప్పే టీచర్లు గాని అరుదే.
అయితే ఊదినప్పుడు
దీపం ఎందుకు ఆరిపోతుంది అన్న అంశం చాలా లోతైన అంశం. పైన ఇవ్వబడ్డ వివరణ సరిపోదు అనిపించింది.
దాని గురించి మరింత లోతుగా…
ఒక సందర్భంలో
ఊదితే ఆరిపోయిన మంట, మరో సందర్భంలో రెట్టించి వెలుగుతోంది. కనుక ఇది కేవలం కార్బన్
డయాక్సయిడ్ మీద ఆధారపడ్డ ప్రభావం కాదు. ఇంకా ఏదో విషయం ఉంటుంది అనుకుని కాస్త గూగుల్
చేశాను. దాని వల్ల నాకు అర్థమయ్యింది ఏంటంటే ఇది నిజంగానే జటిమైన సమస్య అని. కాస్త
వివరంగా చెప్పుకుందాం.
1.
ఊదితే
కొవ్వొత్తి (లేదా అగ్గిపుల్ల) ఎందుకు ఆరిపోతుంది?
అసలు
మంట అంటే ఏంటి? మండడానికి ఏం కావాలి? మంటకి మూడు కారణాలు కలిసి రావాలి – ఇంధనం, వేడి,
ఆక్సిజన్. కొవ్వొత్తిని ఊరికే గాల్లో వదిలేస్తే ఆక్సిజన్ + ఇంధనం వున్నాయి గాని వేడి
లేదు కనుక మంట పుట్టదు. మరో మంటని తెచ్చి కాస్త మైనం కరిగి వేడెక్కేలా చేసినప్పుడు
కొవ్వొత్తి వెలుగుతుంది – మంటకి కావలసిన మూడో కారణం ఇక్కడ సమకూరింది.
మండుతున్న కొవ్వొత్తిలో (లేదా వత్తి వున్న ఏ దీపంలో
నైనా) మండే ప్రక్రియ చాలా ఆసక్తి కరంగా ఉంటుంది. ఒక సారి పైన దీపం వెలిగాక ఆ మంటకి
వత్తి చివర్లో వున్న మైనం వేడెక్కి చుట్టూ వున్న ఆక్సిజన్ తో కలిసి మండుతుంది. అది
మండగా పుట్టిన అంశాలు (నీటి ఆవిరి, కార్బన్ డయాక్సయిడ్ మొ।।) వాయువులే కనుక గాల్లో
కలిసిపోయాయి. అంటే వత్తి చివర్లో కరిగిన మైనం బయటికి పోగా అక్కడ కాస్త ఖాళీ ఏర్పడుతుంది.
ఆ ఖాళీని భర్తీ చెయ్యడానికి కింది నుండి మరింత కరిగిన మైనం పైకెక్కుతుంది. అది దీపానికి
దగ్గరైనప్పుడు మండుతుంది. దాని అంశాలు గాల్లో కలిసిపోతాయి. ఈ ప్రక్రియలన్నీ చక్రికంగా
జరుగుతాయి.
ఇక్కడ
ముఖ్యంగా గమనించవలసినది ఏంటంటే మంట అనేది కారణమూ, ఫలితము కూడా. ఎందుకంటే మంట వల్లనే
ఇంధనం (మైనం) వేడెక్కి మండడానికి సిద్ధం అవుతుంది. అలా వేడెక్కిన ఇంధనం వల్ల మరింత
మంట పుడుతుంది. కనుక మంటే కారణం, మంటే ఫలితం కుడా! ఒక పోలిక చెప్పుకోవాలంటే పని చెయ్యడానికి
తిండి కావాలి. తింటే మరింత పని చేసి, ఆహారం సంపాదించుకోగలం. తినడం మరియు పని అనే ప్రక్రియలు
ఇక్కడ పరస్పర సంవర్ధకాలు (mutually reinforcing). అలాగే ఇంధనం, మంట పరస్పర సంవర్ధకాలు
(చిత్రం). ఆ రెండు ప్రక్రియల మధ్య సంబంధం
positive feedback లాంటిది. ఆ
positive feedback loop ని ఎలాగైనా తెగ్గొట్టగలిగితే,
మంట ఆరిపోతుంది.
ఊదినప్పుడు
ఆ positive feedback loop తెగిపోతుంది. ఊదినప్పుడు మంటని పక్కకి తోసేస్తున్నాం.
అక్కడ వేడి అనే కారణాన్ని తొలగిస్తున్నాం.
వత్తి అంచున్న ఉన్న మైనపు ద్రవం తగినంత ఉష్ణోగ్రత లేక ఆపై మండదు. అందుకే నెమ్మదిగా
ఊదితే మంట అస్థిరం అవుతుంది గాని మళ్ళీ పుంజుకుంటుంది. కాసేపు అక్కడ మంట ఉండనంతగా ఊదాలి.
అప్పుడు ఇక మళ్లీ మంట పుట్టదు.
(కొవ్వొత్తి
దీపంలో దాగి వున్న రసాయన శాస్త్ర విశేషాలు ఇక్కడ వివరించబడ్డాయి.
ఈ
అంశం మీద ఓ అద్భుతమైన పుస్తకం à A Chemical history of candle by
Michael Faraday. దీని తెలుగు అనువాదం ఇక్కడ వుంది –
)
ఇక్కడ
కార్బన్ డయాక్సయిడ్ కి ఎంత పాత్ర వుంది?
చాలా
తక్కువ అనే చెప్పాలి. ఎందుకంటే మనం ఊదే గాలిలో కార్బన్ డయాక్సయిడ్ పాలు కేవలం 4%. మనం
లోపలికి పీల్చే గాలిలో కార్బన్ డయాక్సయిడ్ పాలు ఇంకా తక్కువ (0.04%). అది వేరే విషయం.
మరి
కట్టెపొయ్యిల విషయంలో ఏం జరుగుతుంది?
(ఇంకా
వుంది)
ద్రవ నైట్రోజెన్ ని మింగడం ఎలా?
లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ప్రభావం ద్రవ నైట్రోజెన్ విషయంలో కుడా కనిపిస్తుంది. ద్రవ నైట్రోజెన్ కింద చిందినప్పుడు నైట్రోజెన్ బిందువులు నేలకి అతుక్కుపొకుండా, అటు ఇటు దొర్లడం చూస్తే తమాషాగా ఉంటుంది. ద్రవ నైట్రోజెన్ -200 C వద్ద ఉంటుంది. కనుక అది నేలని తాకినప్పుడు దాని అడుగు భాగం ఆవిరి ఐపోతుంది. నేలకి ద్రవానికి మధ్య ఏర్పడ్డ పొర ద్రవాన్ని పైకెత్తుతుంది.
ద్రవ నైట్రోజెన్ తో చేసే ఓ స్టంట్ కి మూలం కూడా లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ప్రభావమే నంటాడు జెర్ల్ వాకర్. ఈ స్టంట్ లో ప్రదర్శకుడు నోట్లోకి గుక్కెడు ద్రవ నైట్రోజెన్ తీసుకుని, నోట్లో గాయం కాకుండా ఉమ్మేస్తాడు. నాలుకకి ద్రవ నైట్రోజెన్ కి మధ్య ఏర్పడ్డ నైట్రోజెన్ పొర నాలుకకి రక్షణగా ఉంటుంది. ఈ ప్రయోగం కూడా స్వయంగా చేసి ఈ విషయంలో లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ప్రభావం ఎలా పని చేస్తోందో నిర్ధారణ చేసుకోవాలని అనుకున్నాడు జెర్ల్ వాకర్.
నోట్లోకి గుక్కెడు ద్రవ నైట్రోజెన్ తీసుకున్నాడు. ద్రవాన్ని మింగకుండా జాగ్రత్త పడుతూ నోట్లోంచి గాలి బయటకి ఊదసాగాడు. శ్వాసలో ఉండే తేమ చల్లబడడం వల్ల బయటికి రాగానే మంచులా మారి నోటి నుండి సుమారు ఓ మీటర్ పొడవున ఓ చక్కని ‘మంచు బాట’ ఏర్పడింది. ఈ ప్రయోగం కొన్ని డజన్ల సార్లు సాఫీగా సాగింది. కాని ఆఖరు సారి మాత్రం ద్రవం అతని ముందు పళ్ళకి తగిలి ఎనామెల్ చిట్లింది. ద్రవం తాకిన మేరకు పళ్ల మీద చిన్న ‘మ్యాప్’ లాంటిది ఏర్పడింది.
(శివుడు గరళాన్ని మింగగలగడానికి కారణం లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ప్రభావమేనా? అని బ్లాగర్లు అడగరని నాకు గాఢ నమ్మకం!)
నిప్పుల మీద నడక
జెర్ల్ వాకర్ ఎంచుకున్న మూడవ ‘మహత్యం’ నిప్పుల మీద నడవడం. నిప్పుల మీద నడిచే వ్యక్తిని ఏదో దైవశక్తి పాదాలు కాలకుండా కాపాడుతుంది అన్న మాట వట్టి చెత్తమూట అన్న ప్రకటనతో తన వివరణ మొదలెడతాడు. నిప్పుల మీద నడిచినప్పుడు కాళ్లు కాలకుండా ఉండడానికి (ఉన్న పక్షంలో!) ఎన్నో కారణాలు దొహదం చేస్తాయి.
తగినంత వేగంగా నడిస్తే నిప్పుతో పాదం యొక్క సంపర్క కాలం తగినంత తక్కువగా ఉండడం వల్ల కాల కాలడానికి పెద్దగా సమయం, అవకాశం ఉండదు. తరువాత నిప్పు కణిక యొక్క ఉపరితలంలో ఎక్కువ శక్తి ఉండదు. కేంద్రంలోనే ఎక్కువగా ఉంటుంది. తగినంత వడిగా నడుస్తున్నప్పుడు ఉపరితలంతోనే ఎక్కువ సంపర్కం ఉంటుంది.
కాని మరీ వేగంగా నడిస్తే నిప్పుని బలంగా తొక్కాల్సి వస్తుంది. అప్పుడు నిప్పు పాదంలోకి లోతుగా దిగబడి గాయం అయ్యే అవకాశం ఉంటుంది.
పోనీ మరీ నెమ్మదిగా నడిచినా నిప్పుతో సంపర్కం కాలం మరీ ఎక్కువగా ఉండడం వల్ల నిప్పులోని వేడి పాదంలోకి ప్రవేశించి పాదం కాలే అవకాశం ఎక్కువగా ఉంటుంది.
ఇవి కాక నడిచే ముందు పాదం తడిగా ఉంటే లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ప్రభావం వల్ల, పాదం కింద తాత్కాలికంగా ఆవిరి పొర ఏర్పడి, పాదాన్ని కొద్దిగా రక్షణ ఏర్పడే అవకాశం వుంది.
దీన్ని బట్టి చూస్తే నిప్పుల మీద నడిచినప్పుడు కాళ్ళు కాలకుండా ఉండాలంటే నడిచే వేగం, పాదం మోపే తీరు, పాదాల మీద తేమ ఇలా ఎన్నో కారణాలు కచ్చితంగా కుదరాలని అర్థమవుతోంది.
ఈ విషయంలో వాకర్ తన స్వానుభవాన్ని ఇలా వివరిస్తున్నాడు. “ఐదు సార్లు నిప్పుల మీద నడిచాను. వాటిలో నాలుగు సార్లు భయంతో ముచ్చెమటలు పోయడం వల్ల పాదాలు తగినంత తడిగా ఉన్నాయో ఏమో ( పెద్దగా ఏమీ జరగలేదు). దాంతో ఐదో సారి కాళ్లు పొడిగా ఉన్న సంగతి కూడా పట్టించుకోకుండా ధైర్యంగా నడిచేశాను. ఈ సారి పాదాలు బాగా కాలి, తీవ్రంగా గాయాలు అయ్యాయి. అవి మానడానికి కొన్ని వారాలు పట్టింది.”
ఐదో సార్లు పాదాలు కాలడానికి మరో కారణం కూడా చెప్తాడు. అది తమాషాకి అంటున్నాడని అర్థం చేసుకోవాలి! “మొదటి నాలుగు సార్లు మాత్రం నడిచినప్పుడు Fundamentals of physics* పుస్తకాన్ని నా గుండెలకి గట్టిగా హత్తుకుని నడిచాను, అలా చేస్తే భౌతిక శాస్త్రం మీద నాకున్న నమ్మకం నన్ను కాపాడుతుందని. కాని ఐదో సారి ఆ ముందుజాగ్రత్త పట్టించుకోలేదు. పుస్తకాన్ని తీసుకెళ్ల లేదు. దాంతో తీవ్రంగా గాయపడ్డాను.”
(*రెస్నిక్ మరియు హాలిడే రాసిన ప్రఖ్యాత Fundamentals of physics పుస్తకానికి మూడవ రచయిత ఈ జెర్ల్ వాకర్ అన్న విషయాన్ని పాఠకులు గుర్తించగలరు.)
మరో విచిత్రమైన సూచనతో జెర్ల్ వాకర్ రాసిన వ్యాసం ముగుస్తుంది. “భౌతిక శాస్త్రంలో పట్టాలు ఇచ్చేటప్పుడు ఫైనలు పరీక్షలో ఈ ‘నిప్పుల మీద నడక’ భాగంగా ఉండాలని నేను ఎప్పట్నుంచో మొర పెట్టుకుంటున్నాను. నిప్పుల బాటకి ఒక చివర్లో ప్రోగ్రాం యొక్క చెయిర్ పర్సన్ కూర్చోవాలి. అవతలి కొస నుండి విద్యార్థి నిప్పుల మీద నడిచి రావాలి. భౌతిక శాస్త్రం మీద విద్యార్థి యొక్క నమ్మకం తగినంత గాఢంగా ఉంటే సురక్షితంగా కాళ్లు కాల్చుకోకుండా అవతలి కొసకి చేరుకుని పట్టా పుచ్చుకుంటాడు. పాతకాలపు పరీక్షల కన్నా ఇలాంటి పరీక్షలయితే విద్యార్థిలోని సత్తా ఏంటో ఇట్టే బయటపెడతాయి.”
అలాంటి విడ్డూరపు పరీక్షలకి మన ‘రామయ్యలు, కృష్ణయ్యలు’ ఎలాంటి కోచింగ్ ఇస్తారబ్బా?
(సమాప్తం)
Jearl Walker, Boiling and the Leidenfrost effect.
లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ప్రభావం ద్రవ నైట్రోజెన్ విషయంలో కుడా కనిపిస్తుంది. ద్రవ నైట్రోజెన్ కింద చిందినప్పుడు నైట్రోజెన్ బిందువులు నేలకి అతుక్కుపొకుండా, అటు ఇటు దొర్లడం చూస్తే తమాషాగా ఉంటుంది. ద్రవ నైట్రోజెన్ -200 C వద్ద ఉంటుంది. కనుక అది నేలని తాకినప్పుడు దాని అడుగు భాగం ఆవిరి ఐపోతుంది. నేలకి ద్రవానికి మధ్య ఏర్పడ్డ పొర ద్రవాన్ని పైకెత్తుతుంది.
ద్రవ నైట్రోజెన్ తో చేసే ఓ స్టంట్ కి మూలం కూడా లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ప్రభావమే నంటాడు జెర్ల్ వాకర్. ఈ స్టంట్ లో ప్రదర్శకుడు నోట్లోకి గుక్కెడు ద్రవ నైట్రోజెన్ తీసుకుని, నోట్లో గాయం కాకుండా ఉమ్మేస్తాడు. నాలుకకి ద్రవ నైట్రోజెన్ కి మధ్య ఏర్పడ్డ నైట్రోజెన్ పొర నాలుకకి రక్షణగా ఉంటుంది. ఈ ప్రయోగం కూడా స్వయంగా చేసి ఈ విషయంలో లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ప్రభావం ఎలా పని చేస్తోందో నిర్ధారణ చేసుకోవాలని అనుకున్నాడు జెర్ల్ వాకర్.
నోట్లోకి గుక్కెడు ద్రవ నైట్రోజెన్ తీసుకున్నాడు. ద్రవాన్ని మింగకుండా జాగ్రత్త పడుతూ నోట్లోంచి గాలి బయటకి ఊదసాగాడు. శ్వాసలో ఉండే తేమ చల్లబడడం వల్ల బయటికి రాగానే మంచులా మారి నోటి నుండి సుమారు ఓ మీటర్ పొడవున ఓ చక్కని ‘మంచు బాట’ ఏర్పడింది. ఈ ప్రయోగం కొన్ని డజన్ల సార్లు సాఫీగా సాగింది. కాని ఆఖరు సారి మాత్రం ద్రవం అతని ముందు పళ్ళకి తగిలి ఎనామెల్ చిట్లింది. ద్రవం తాకిన మేరకు పళ్ల మీద చిన్న ‘మ్యాప్’ లాంటిది ఏర్పడింది.
(శివుడు గరళాన్ని మింగగలగడానికి కారణం లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ప్రభావమేనా? అని బ్లాగర్లు అడగరని నాకు గాఢ నమ్మకం!)
నిప్పుల మీద నడక
జెర్ల్ వాకర్ ఎంచుకున్న మూడవ ‘మహత్యం’ నిప్పుల మీద నడవడం. నిప్పుల మీద నడిచే వ్యక్తిని ఏదో దైవశక్తి పాదాలు కాలకుండా కాపాడుతుంది అన్న మాట వట్టి చెత్తమూట అన్న ప్రకటనతో తన వివరణ మొదలెడతాడు. నిప్పుల మీద నడిచినప్పుడు కాళ్లు కాలకుండా ఉండడానికి (ఉన్న పక్షంలో!) ఎన్నో కారణాలు దొహదం చేస్తాయి.
తగినంత వేగంగా నడిస్తే నిప్పుతో పాదం యొక్క సంపర్క కాలం తగినంత తక్కువగా ఉండడం వల్ల కాల కాలడానికి పెద్దగా సమయం, అవకాశం ఉండదు. తరువాత నిప్పు కణిక యొక్క ఉపరితలంలో ఎక్కువ శక్తి ఉండదు. కేంద్రంలోనే ఎక్కువగా ఉంటుంది. తగినంత వడిగా నడుస్తున్నప్పుడు ఉపరితలంతోనే ఎక్కువ సంపర్కం ఉంటుంది.
కాని మరీ వేగంగా నడిస్తే నిప్పుని బలంగా తొక్కాల్సి వస్తుంది. అప్పుడు నిప్పు పాదంలోకి లోతుగా దిగబడి గాయం అయ్యే అవకాశం ఉంటుంది.
పోనీ మరీ నెమ్మదిగా నడిచినా నిప్పుతో సంపర్కం కాలం మరీ ఎక్కువగా ఉండడం వల్ల నిప్పులోని వేడి పాదంలోకి ప్రవేశించి పాదం కాలే అవకాశం ఎక్కువగా ఉంటుంది.
ఇవి కాక నడిచే ముందు పాదం తడిగా ఉంటే లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ప్రభావం వల్ల, పాదం కింద తాత్కాలికంగా ఆవిరి పొర ఏర్పడి, పాదాన్ని కొద్దిగా రక్షణ ఏర్పడే అవకాశం వుంది.
దీన్ని బట్టి చూస్తే నిప్పుల మీద నడిచినప్పుడు కాళ్ళు కాలకుండా ఉండాలంటే నడిచే వేగం, పాదం మోపే తీరు, పాదాల మీద తేమ ఇలా ఎన్నో కారణాలు కచ్చితంగా కుదరాలని అర్థమవుతోంది.
ఈ విషయంలో వాకర్ తన స్వానుభవాన్ని ఇలా వివరిస్తున్నాడు. “ఐదు సార్లు నిప్పుల మీద నడిచాను. వాటిలో నాలుగు సార్లు భయంతో ముచ్చెమటలు పోయడం వల్ల పాదాలు తగినంత తడిగా ఉన్నాయో ఏమో ( పెద్దగా ఏమీ జరగలేదు). దాంతో ఐదో సారి కాళ్లు పొడిగా ఉన్న సంగతి కూడా పట్టించుకోకుండా ధైర్యంగా నడిచేశాను. ఈ సారి పాదాలు బాగా కాలి, తీవ్రంగా గాయాలు అయ్యాయి. అవి మానడానికి కొన్ని వారాలు పట్టింది.”
ఐదో సార్లు పాదాలు కాలడానికి మరో కారణం కూడా చెప్తాడు. అది తమాషాకి అంటున్నాడని అర్థం చేసుకోవాలి! “మొదటి నాలుగు సార్లు మాత్రం నడిచినప్పుడు Fundamentals of physics* పుస్తకాన్ని నా గుండెలకి గట్టిగా హత్తుకుని నడిచాను, అలా చేస్తే భౌతిక శాస్త్రం మీద నాకున్న నమ్మకం నన్ను కాపాడుతుందని. కాని ఐదో సారి ఆ ముందుజాగ్రత్త పట్టించుకోలేదు. పుస్తకాన్ని తీసుకెళ్ల లేదు. దాంతో తీవ్రంగా గాయపడ్డాను.”
(*రెస్నిక్ మరియు హాలిడే రాసిన ప్రఖ్యాత Fundamentals of physics పుస్తకానికి మూడవ రచయిత ఈ జెర్ల్ వాకర్ అన్న విషయాన్ని పాఠకులు గుర్తించగలరు.)
మరో విచిత్రమైన సూచనతో జెర్ల్ వాకర్ రాసిన వ్యాసం ముగుస్తుంది. “భౌతిక శాస్త్రంలో పట్టాలు ఇచ్చేటప్పుడు ఫైనలు పరీక్షలో ఈ ‘నిప్పుల మీద నడక’ భాగంగా ఉండాలని నేను ఎప్పట్నుంచో మొర పెట్టుకుంటున్నాను. నిప్పుల బాటకి ఒక చివర్లో ప్రోగ్రాం యొక్క చెయిర్ పర్సన్ కూర్చోవాలి. అవతలి కొస నుండి విద్యార్థి నిప్పుల మీద నడిచి రావాలి. భౌతిక శాస్త్రం మీద విద్యార్థి యొక్క నమ్మకం తగినంత గాఢంగా ఉంటే సురక్షితంగా కాళ్లు కాల్చుకోకుండా అవతలి కొసకి చేరుకుని పట్టా పుచ్చుకుంటాడు. పాతకాలపు పరీక్షల కన్నా ఇలాంటి పరీక్షలయితే విద్యార్థిలోని సత్తా ఏంటో ఇట్టే బయటపెడతాయి.”
అలాంటి విడ్డూరపు పరీక్షలకి మన ‘రామయ్యలు, కృష్ణయ్యలు’ ఎలాంటి కోచింగ్ ఇస్తారబ్బా?
(సమాప్తం)
Jearl Walker, Boiling and the Leidenfrost effect.
నీటి మరుగు స్థానం (boiling point) కన్నా బాగా ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉన్న పెనం మీద నీటి బిందువు చాలా ఎక్కువ సేపు నిలుస్తుందన్న విషయాన్ని మొట్టమొదట 1732 లో హెర్మన్ బోర్హావే కనుక్కున్నట్టు సమాచారం. ఆ తరువాత 1756 లో యోహాన్ గోట్లోబ్ లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ఈ ధర్మాన్ని విస్తృతంగా అధ్యయనం చేశాడు. తన అధ్యయనాల ఫలితాలని “A tract about some qualities of common water” అనే పరిశోధనా వ్యాసంగా ప్రచురించాడు. కనుక ఈ ప్రభావానికి లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ పేరే అతికింది. కిందటి పోస్ట్ లో చిత్రం 2 లోని గరిష్ఠ బిందువుని కూడా అందుకే లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ బిందువు అంటారు.
లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ తన ప్రయోగాలని ఓ సాధారణ ఇనుప స్పూన్ తో చేశాడు. ఇంట్లో చలిమంట (fireplace) మీద స్పూన్ ని ఎర్రగా కా ల్చేవాడు. ఆ స్పూన్ లో ఓ నీటి బొట్టు వేసి అది ఎంత సేపు నిలుస్తుందో ఓ లోలకం సహాయంతో కొలిచేవాడు. స్పూన్ లోకి వదిలిన నీటి బొట్టు స్పూన్ నుంచి శక్తిని, కాంతిని లోనికి తీసుకుంటున్నట్టు అనిపించింది. ఎందుకంటే బొట్టు పూర్తిగా ఆవిరైపోయాక బొట్టు ఉండిన స్థానంలో స్పూన్ లో ఓ చిన్న మచ్చ మిగిలేది. పైగా స్పూన్ లో మొట్టమొదటి బొట్టు 30 సెకనులు జీవిస్తే, రెండవ బొట్టు 10 సెకనులే జీవించింది. ఆ తరువాత వేసిన బొట్టు కొద్ది సెకనులలోనే ఆవిరైపోయేది.
లైడెన్ ఇలాంటి ప్రయోగాలు ఎన్నో చేసి తను చూసిన దాన్ని విపులంగా వర్ణిస్తూ వ్యాసాలు రాశాడే గాని, అలా ఎందుకు జరుగుతోందో కచ్చితంగా అర్థం చేసుకోలేకపోయాడు. స్పూన్ ఉష్ణోగ్రత లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ బిందువు కన్నా ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు బిందువు అడుగు భాగం వెంటనే ఆవిరైపోతుంది. అందువల్ల బిందువుకి, స్పూనుకి మధ్య ఓ సన్నని ఆవిరిపొర ఏర్పడుతుంది. ఆ పొర యొక్క మందం బిందువు అడుగున మధ్యభాగంలో 0.2 mm ఉంటే, అంచుల వద్ద 0.1 mm ఉంటుంది. ఆ పొర రక్షణగా నిలవడం వల్ల పైనున్న బిందువు వేగంగా ఆవిరి కాకుండా కాస్త ఎక్కువ సేపు నిలుస్తుంది.
వ్యాస రచయిత జెర్ల్ వాకర్ ఈ లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ గురించి తెలుసుకున్న తరువాత ఒక తరుణంలో జాతరలలో చేసే ఓ చిత్రమైన ప్రదర్శన గురించి విన్నాడు. ఆ ప్రదర్శనలో తడిసిన సీసంలో తడి చేతిని ముంచి తీస్తారు. ఇందులో మోసం లేదనుకుంటే, ఇది తప్పనిసరిగా లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ప్రభావం మీద ఆధారపడ్డ ప్రదర్శన అని జెర్ల్ వాకర్ కి అనిపించింది.
తన నమ్మకం నిజమో కాదో స్వయంగా ప్రయోగం చేసి రూఢి చేసుకోవాలనుకున్నాడు. ప్రయోగశాలలో ఓ పెద్ద సీసపు దిమ్మ తెప్పించి దాన్ని ఓ పాత్రలో కరిగించాడు. సీసం కరిగే ఉష్ణోగ్రత 328 C అయితే ఈ పాత్రలోని సీసం 400 C వరకు వచ్చే దాకా వేడి చేశాడు. అప్పుడిక చేతిని తడి చేసుకుని సీసంలోకి చెయ్యి ముంచడానికి సిద్ధమయ్యాడు. మొదట్లో ఎంత ప్రయత్నించినా మనసు మాట చెయ్యి వినలేదు! సీసం దాకా పోతుంది గాని సీసాన్ని తాకకుండా ఆగిపోతుంది.
చివరికి ఎలగో మనసు రాయి చేసుకుని వేలితో సలసల కాగుతున్న సీసాన్ని తాకాడు. అనుకున్నట్టుగానే ఆ స్పర్శ బాధాకరంగా అనిపించలేదు. వేడి తెలియలేదు. అది చూసి జెర్ల్ ఆశ్చర్యపోయాడు. కొంచెం ధైర్యం తెచ్చుకుని అన్ని వేళ్లు ముంచాడు. ఈ సారి కూడా చెయ్యి కాలలేదు. లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ప్రభావం తనని కాపాడింది.
(*ఇవి చాలా ప్రమాదకరమైన ప్రయోగాలు. దయచేసి పాఠకులు ఇవి ఇంటివద్ద ప్రయత్నించవద్దని మనవి.)
జెర్ల్ వాకర్ ఇక్కడితో ఆగలేదు. తనలోని శాస్త్రవేత్తకి ఇంకా సందేహం పూర్తిగా తీరలేదు. ఈ రక్షణ కేవలం ఆవిరి పొర వల్లనే కలుగుతుంటే, పొడి చేతిని సీసంలో ముంచితే చెయ్యి కాలాలి. అది తేల్చుకోడానికి అస్సలు తడి లేని వేలిని కరిగిన సీసంలో ముంచాడు. వేలు సీసాన్ని తాకగానే ఒక్కసారిగా అనుభవమైన విపరీతమైన నొప్పితో తన సందేహం తీరిపోయింది. రక్షణ ఆవిరి పొర వల్లనే కలుగుతోంది.
కాని ఈ ప్రయోగంలో ఎలాంటి ప్రమాదాలు పొంచి వున్నాయో చెప్తాడు జెర్ల్.
1) కరిగిన సీసం దాని మరుగు స్థానం కన్నా కాస్తే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉంటే ఒక ప్రమాదం వుంది. చేతి మీద ఉన్న తడి తగలగానే చుట్టూ ఉన్న సీసం కొంచెం గట్టిపడుతుంది. అలా గట్టిపడ్డ సీసం చెయ్యి చుట్టూ ఓ తొడుగులా, ఓ glove లా ఏర్పడి చెయ్యి పైకి తీశాక కూడా చేతికి అంటుకుని ఉంటుంది. అంత వేడి మీద ఉన్న సీసం అంత సేపు చేతికి అంటుకుందంటే చెయ్యి కాలడం ఖాయం. పైగా చేతిని వేగంగా పైకి తీస్తున్నప్పుడు సీసం చింది మీద పడే అవకాశం కూడా ఉంది.
2) చేతి మీద తడి మరీ ఎక్కువగా ఉంటే మరో ప్రమాదం వుంది. నీరు ఆవిరిగా మరినప్పుడు, వేడెక్కిన ఆవిరి వల్ల చిన్న విస్ఫోటంలాంటిది పరిణమించొచ్చు. దాని వల్ల సీసం చుట్టూ చింది ఒంటి మీద పడొచ్చు. ముఖ్యంగా కంట్లో పడే ప్రమాదం చాలా వుంది. అలాంటి విస్ఫోటాల వల్ల సీసం చేతి మీద, ముఖం మీద పడి బొబ్బలెక్కిన విషయం జెర్ల్ కి స్వానుభవం.
సైన్స్ విషయాలని ఏదో పుస్తకాలలో చదివి, పరీక్షల ముందు ముక్కున పట్టి, పట్టా చేతిన పడగానే మర్చిపోతారు గాని, ఇలా వీరోచితంగా ప్రయోగాలు చేసి ప్రాణాల మీదకు తెచ్చుకోవడం కొంచెం ‘అతి’గా అనిపిస్తుందేమో. కేవలం యుద్ధభూమి మీదే కాదు, విజ్ఞాన భూమి మీద కూడా శౌర్యం యొక్క అవసరం ఎంతో వుందని జెర్ల్ వాకర్ లాంటి వైజ్ఞానిక అగ్రగాముల అనుభవం మనకి నేర్పుతుంది.
(ఇంకా వుంది)
కాగే నీట్లో బుడగలు మాలికలుగా, స్తంభాలుగా ఏర్పడ్డ దశని ‘బీజకారక మరుగుదల’ (nucleate boiling) అంటారు (fig. 2). పాత్ర ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంటే పాత్రలోకి ప్రవేశించే శక్తి ప్రవాహం కూడా క్రమంగా పెరుగుతుంటుంది. కాని ఈ ఒరవడి ఒక దశలో తిరుగుముఖం పడుతుంది. ఆ దశలో ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతున్న కొద్ది పాత్రలోకి పోయే శక్తి ప్రవాహం తగ్గుతుంటుంది. దీన్నే సంక్రమణ దశ (transition regime) అంటారు (fig. 2). పాత్ర ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంటే, ఇంకా ఇంకా వేడిమి నీట్లోకి ప్రవేశించాలి. అలా కాకుండా వేడిమి ప్రవహించే వేగం తగ్గడం ఆశ్చర్యంగా అనిపిస్తుంది. దీనికి కారణం, ఈ సంక్రమణ దశలో పాత్ర అడుగుభాగంలో ఓ సన్నని ఆవిరి పొర ఏర్పడుతుంది. ఈ పొర నీటిని, పాత్ర అడుగుని వేరు చేస్తుంది. అంటే ఈ దశలో అసలు నీరు పాత్ర అడుగుని తాకడం లేదన్నమాట. ఆవిరి ఉష్ణనిరోధక లక్షణం కలది కనుక అందులోంచి ప్రవహించే ఉష్ణం తక్కువగా ఉంటుంది.
సంక్రమణ దశలో శక్తి ప్రవాహం తగ్గడం వల్ల ఉష్ణ వినియమ యంత్రాలలో (heat exchanger) ఈ దశ ఏర్పడినప్పుడు ప్రమాదకర పరిస్థితి ఏర్పడుతుంది. ఉష్ణవినియమ యంత్రం యొక్క లక్ష్యం ఉష్ణాన్ని ఉష్ణజనకం నుండి మరో వస్తువులోకి ప్రవేశపెట్టడం. ఆవిరి పొర అడ్డుపడడం వల్ల ఉష్ణం అవతలి వస్తువు లోకి సరిగ్గా చేరకపోవడం వల్ల, ఉష్ణవినియమ యంత్రం అతిగా వేడెక్కే ప్రమాదం వుంది.
పాత్ర యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఇంకా పెంచుతూ పోతే మరో ఒరవడి కనిపిస్తుంది. శక్తి ప్రవాహం మళ్లీ పెరుగుతుంది. ఆవిరి పొర ఎప్పట్లాగే ఉన్నా, ఆ పొర లోంచి ఉష్ణవహహనం (conduction) ద్వారాను, వికిరణం (radiation) ద్వారాను వేడి పాత్ర అడుగు లోంచి నీట్లోకి ప్రవేశిస్తుంది. ఈ దశని పొర మరుగుదల (film boiling) అంటారు.
ఈ పొర మరుగుదల కొన్ని వందల డిగ్రీల సెల్షియస్ వద్ద జరుగుతుంది. కనుక సాధారణ గ్యాస్ పొయ్యి మీదు నీరు కాగబెడుతున్నప్పుడు ఇది జరిగే అవకాశం తక్కువ. కాని వేడెక్కిన పెనం మీద కొన్ని బొట్లు నీరు చల్లినప్పుడు ఈ ‘పొర మరుగుదల’ కనిపిస్తుంది. దోసె వేయడానికి తగినంతగా పెనం వేడెక్కిందో లేదో ఈ ప్రభావం వల్లనే తెలుసుకోడానికి వీలవుతుంది. పెనం మరీ వేడెక్కకపోతే చల్లిన నీరు ఇట్టే ఆవిరి ఐపోతుంది. పెనం బాగా (కొన్ని వందల డిగ్రీల సెల్షియస్ వరకు) వేడెక్కి వుంటే పరిస్థితి వేరేగా ఉంటుంది. పెనం మీద పడ్డ నీటి బొట్లు ఎగిరెగిరి పడడం కనిపిస్తుంది.
ఇలాంటి పరిస్థితి ఒకటి రచయిత జెర్ల్ వాకర్ వర్ణిస్తాడు. పాన్ కేక్ లు తయారు చెయ్యడానికి వాళ్ల బామ్మ పెనం సిద్ధం చేస్తున్నప్పుడు, పెనం తగినంతగా వేడెక్కిన స్థితిలో నీటి బొట్టు పెనం మీద ఇంచుమించు ఒక నిముషం పాటు మాయం కాకుండా నాట్యం చేయడం చూశానని చెప్తాడు.
చిన్నప్పుడు చూసిన ఈ దృశ్యాన్ని తానే స్వయంగా పరీక్షించి చూడాలని నిశ్చయించుకుంటాడు జెర్ల్ వాకర్. ప్రయోగశాలలో వాడే బర్నర్ మీద ఓ చదునైన లోహపు పళ్లేన్ని ఏర్పాటు చేశాడు. ఓ చిన్న సుత్తితో పళ్లెం మీద కొట్టి ఓ చిన్న గుంత లాంటిది చేశాడు. ఓ థర్మోకపుల్ సహాయంతో పళ్లెం యొక్క ఉష్ణోగ్రతని ఎప్పటికప్పుడు కొలుస్తూ ఉంటాడు. ఓ సిరింజ్ తో శుద్ధమైన నీరు తీసుకుని పళ్లెం మీదుగా ఓ నీటి చుక్కని ఇందాక చేసిన గుంతలో విడిచాడు. ఆ గుంతలో పడ్డ నీటి బొట్టు ఎంత సేపు నిలుస్తుందో కొలిచాడు.
ఆ విధంగా బొట్టు యొక్క ఆయుర్దాయానికి, పళ్లెం యొక్క ఉష్ణోగ్రతకి మధ్య సంబంధాన్ని తెలియజేస్తూ ఓ గ్రాఫు గీశాడు (fig. 3). ఈ గ్రాఫు నుండి మనకి తెలిశే ఓ ఆశ్చర్యకరమైన విషయం ఏంటంటే నీటు బొట్టు యొక్క ఆయుర్దాయం గరిష్ట విలువని చేరుకునే ఉష్ణోగ్రత నీరు మరిగే ఉష్ణోగ్రత (100 C) కన్నా చాలా ఎక్కువ (200 C పైగా).
ఇంత ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద పెనం మీద పడ్డ బొట్టు అడుగుభాగంలో ఆవిరి పొర ఏర్పడుతుంది. పెనానికి బొట్టుకి అది అడ్డుగా నిలుస్తుంది. కనుక పెనం లోంచి నీటి బొట్టులోకి ప్రవేశించే శక్తి ప్రవాహం తగ్గుతుంది. ఆ కారణం చేత బొట్టు ఆయుర్దాయం పెరుగుతుంది. అంతే కాక బొట్టు అడుగు భాగాన ఏర్పడ్డ ఆవిరి పొర అధిక పీడనం వద్ద ఉండి వ్యాకోచిస్తుంది. వ్యాకోచిస్తున్న ఆవిరి తన్నిన తాపుల వల్ల బొట్టు ఎగిరెగిరి పడుతుంది.
మరుగు స్థానం (boiling point) కన్నా చాలా ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద నీటి బొట్టు ఆయుర్దాయం ఎక్కువ కావడం అనేది కొత్తగా కనుక్కున్న విషయం కాదు. పద్దెనిమిదవ శతాబ్దంలోనే ఈ విషయాన్ని గుర్తించిన వారు ఉన్నారు.
(ఇంకా వుంది)
జెర్ల్ వాకర్ రాసిన వ్యాసం నుండి కొన్ని అంశాలు.
ముందుగా అసలు మరగడం అంటే ఏంటి? నీరు ఎలా మరుగుతుంది? అన్న ప్రశ్నల మీద చర్చతో వ్యాసం మొదలవుతుంది.
నీరు ఎలా మరుగుతుందో శ్రద్ధగా గమనించాలంటే ఒక పాత్రలో కొంచెం నీరు తీసుకుని కింద పొయ్యి వెలిగించాలి. నీరు వేడెక్కుతుంటే మొట్టమొదట మనకు కనిపించే పరిణామం నీట్లోంచి నెమ్మదిగా బుడగలు పైకి రావడం. నీట్లో కరిగి వున్న గాలి ముందుగా పాత్ర అడుగున సన్న సన్నని చీలికలలో, రంధ్రాలలో బుడగలుగా ఏర్పడుతుంది. అలా ఏర్పడ్డ బుడగ క్రమంగా పెరిగి, ఒక దశలో పాత్ర అడుగు నుండి విడివడి పైకి పోయి, పైన గాల్లో కలిసిపోతుంది. అలా నీట్లో బుడగలు ఏర్పడడం నీరు వేడెక్కుతున్నాయనడానికి సంకేతం, మరుగుతున్నాయనడానికి కాదు.
మామూలుగా వాతావరణ పీడనం వద్ద నీరు 100 C వద్ద మరుగుతుంది. కాని పీడనం పెరిగితే మరింత ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్దనే నీరు మరుగుతుంది. ఆ ప్రక్రియనే superheating (అతితాపనం) అంటారు. నీటి యొక్క ఉపరితలం పైన గాలితో సంపర్కం కలిగి ఉంటుంది కనుక పైన ఉండే నీరు 100 C వద్దనే మరిగినా, అడుగున పీడనం ఎక్కువగా ఉంటుంది కనుక అక్కడ నీరు 100 C కన్నా కొద్ది డిగ్రీలు హెచ్చు ఉష్ణోగ్రత వద్దనే మరుగుతుంది.
అలా పాత్ర అడుగున నీరు మరింత వేడెక్కడం వల్ల అది తేలికై పైకి ప్రవహిస్తుంది. ఆ విధంగా ‘సంవహన తరంగాలు’ (convection currents) పుడతాయి. నీరు ‘కిందా మీదా’ అవుతుంది. కలియబడుతుంది.
పాత్ర మరింత వేడెక్కుతుంటే ఇక అడుగున ఉండే నీరు ఆవిరి కావడం మొదలవుతుంది. ఇందాక గాలి బుడగలు ఏర్పడ్డట్టు ఇప్పుడు ఆవిరి బుడగలు ఏర్పడతాయి. అవి కూడా ముందు పాత్ర అడుగున చీలికలలో, ఖాళీలలో మొదలై, తలాన్ని వొదిలి పైకి కదులుతాయి.
అయితే ఈ ఆవిరి బుడగలు పైకి కదిలే తీరుకి, ఇందాక గాలి బుడగలు పైకి కదిలే తీరుకి చాలా తేడా వుంటుంది. ఇందాకటి గాలి బుడగలు శాంతియుతంగా, కొద్దిగా ఊగులాడుతూ, మౌనంగా పైకి తరలిపోతాయి. కాని ఈ ఆవిరి బుడలకి కాస్త హడావుడి ఎక్కువ! ఆవిరి బుడగ కాస్త పైకి లేవగానే దాని చుట్టూ మరి కాస్త చల్లని నీరు (అడుగున కన్నా) ఎదురవుతుంది. దాంతో బుడగ లోపల ఉన్న ఆవిరి కాస్తా ఘనీభవించి బుడగ టప్ మన్న చప్పుడుతో (యండమూరి నవళ్లలో కాలే కపాలాలలాగా!) పేలిపోతాయి. ఈ చిట్టి చిట్టి పేలుళ్ళే పైకి మనకి వినిపించే ‘బుస’. సల సల కాగే నీరు చేసే ఓ ప్రత్యేకమైన చప్పుడు. కాగుతున్న నీటిలో ఈ దశనే isolated vapour bubbles దశ అంటారు (చూడు చిత్రం 2). ఈ దశలో పాత్ర అడుగు యొక్క ఉష్ణోగ్రత సుమారు 105 C ఉండొచ్చు.
పాత్ర ఉష్ణోగ్రత మరింత పెంచితే ఏమవుతుంది? బుడగల గోల మరింత పెరుగుతుంది. కాని ఒక దశలో తగ్గుముఖం పడుతుంది. ఎందుకంటే నీరు మొత్తం తగినంతగా వేడెక్కినప్పుడు ఆవిరి బుడగలు పగిలే తీరు మారుతుంది. తొలిదశల్లో, పాత్ర అడుగున కన్నా మధ్యలో ఉండే నీరు మరి కాస్త చల్లగా ఉండటంతో, బుడగల పాత్ర మధ్యకి రాగానే పగులుతాయి. వీటి చప్పుడు కాస్త ఎక్కువగా ఉంటుంది. అలా కాకుండా నీరు సమస్తం మరింతగా వేడెక్కినప్పుడు, ఆవిరి బుడగలకి నీటి మధ్యలో పగిలే అవకాశం ఉండదు. కనుక అవి నీటి పై ఉపరితలాన్ని చేరుకున్నాకనే పగులుతాయి. ఈ చప్పుడు కాస్త తక్కువగా ఉంటుంది. ఈ దశలో నీరు బాగా మరుగుకి వచ్చిందని లెక్క.
మామూలుగా వంటింట్లో వాడే గ్యాస్ స్టవ్ తో అయితే వ్యవహారం ఇక్కడితో ఆగిపోతుంది. పాత్ర ఉష్ణోగ్రత ఇంతకన్నా పెద్దగా పెరగదు. కాని ప్రయోగశాలలో వాడే బర్నర్ ని వాడితే మరింత హెచ్చు ఉష్ణోగ్రతలను సాధించొచ్చు. ఇలాంటి పరిస్థితిలో నీట్లోని బుడగలు మరింత విరివిగా ఏర్పడడం కనిపిస్తుంది. అయితే ఇందాకటిలా ఇవి ఒంటరి బుడగలు (isolated bubbles) కావు. ఇవి ఒకదాన్నొకటి అతుక్కుని గొలుసుకట్టుగా మారి నిలువు మాలికలలా, స్తంభాలలా రూపొందుతాయి. కుతకుతలాడే నీట్లో ఈ మాలికలు కల్లోలంగా పైకి కదిలి పైన గాల్లో కలిసిపోతుంటాయి. ఈ దశని చేరుకోవడానికి పెనం ఉష్ణోగ్రత 110-150 C వరకు రావాలి (చూడు చిత్రం 2).
(ఇంకా వుంది)
ఎన్నో సినిమాల్లో జనం నిప్పుల్లో నడిచేసేయడం చూపిస్తారు. డబ్బులు రావాలనో, జబ్బులు తగ్గాలనో, ‘జాబు’లు రావాలనో ఇలాంటి కార్యక్రమాల్లో పాల్గొంటూ ఉంటారు. ఇక కొందరైతే నిప్పుల మీద నడవడం గొప్ప మహిమాన్వితులకే తప్ప, నరాధములకి సాధ్యం కాదంటుంటారు.
మహిమల సంగతేమోగాని నిప్పుల మీద నడిచే ప్రక్రియ ఒక భౌతిక ధర్మం మీద ఆధారపడి జరుగుతుంది. ఇదే ప్రక్రియ మనకి వంటగదిలో కూడా ఒక సందర్భంలో కనిపిస్తుంది.
అట్టు వేసే ముందు ‘ఆంధ్ర ఆడబడుచులు’ పెనం తగినంతగా వేడెక్కిందో లేదో తెలుసుకోడానికి ఒక చిన్న ప్రయోగం చేస్తారు. పెనం మీద కాస్త నీరు చల్లి చూస్తారు. పెనం మీద పడ్డ నీరు ఊరికే ఆవిరైనంత మాత్రాన పెనం బాగా వేడెక్కినట్టు కాదు. ఆ బిందువులు పెనం మీద కాసేపు ‘చిందులు వేసినప్పుడె పెనము వేడెక్కెను సుమతీ!’
బాగా వేడెక్కిన పెనం మీద నీటి బొట్లు వెంటెనే ఆవిరి కావు, పైకి లేచి లేచి పడుతుంటాయి. గంతులు వేస్తాయి, నాట్యాలాడుతాయి.
ఈ నాట్యానికి ఆధారమైన భౌతిక ధర్మం పేరు లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ప్రభావం (Leidenfrost effect). క్లుప్తంగా ఈ ప్రభావం ఇలా పని చేస్తుంది.
పెనం నీటి మరుగు బిందువు (boiling point) కన్నా కాస్త ఎక్కువగా, 110 C వద్ద ఉందనుకుందాం. పెనం మీద పడ్డ బిందువు ముందు పెనం ఉపరితలం మీద పరుచుకుంటుంది. నెమ్మదిగా వేడెక్కి ఆవిరై మాయమైపోతుంది.
అలాకాక పెనం బాగా వేడెక్కి (200-300 C) వద్ద ఉందనుకోండి. బిందువు అడుగు భాగం పెనాన్ని తాకగానే ఆ అడుగుభాగం మాత్రం ఆవిరవుతుంది. ఆవిరి ఉష్ణోగ్రత బాగా ఎక్కువగా ఉండడం వల్ల అది వ్యాకోచిస్తుంది. వ్యాకోచించిన ఆవిరి పైనున్న నీటి బొట్టుని పైకి తంతుంది. బొట్టు ఎగిరి పడుతుంది. అలా ఎగిరిన బొట్టు మళ్లీ కింద పడుతుంది. పెనం మళ్ళీ తంతుంది. పెనం వేడికి నీటి బొట్ల బృంద నాట్యం అలా సాగుతుంది.
ఈ లైడెన్ ఫ్రాస్ట్ ప్రభావం ఆధారంగా మరి కొన్ని సాహసోపేతమైన ప్రదర్శనలు కూడా చేస్తారు.
1) ద్రవ రూపంలో ఉన్న నైట్రోజెన్ ని గుక్కెడు నోట్లోకి తీసుకుని వెంటనే బయటకి ఉమ్మేయడం.
2) కరిగిన సీసం లోకి వేగంగా (తడిసిన) చేయి ముంచి తీసేయడం,
వంటివి వాస్తవంలో ఎంతో మంది చేసి, ఈ ప్రభావం “మహిమ” ఏంటో నిరూపించారు.
నిప్పుల మీద నడిచేటప్పుడు కూడా ఈ ప్రభావం పాత్ర కొంత వరకు ఉందని తెలిసింది. పాదాల మీద సహజంగా చెమట వల్ల గాని, నీటి తడి గాని ఉండడం వల్ల నిప్పు మీద నడిచినప్పుడు, పాదానికి నిప్పు కణికకి మధ్య సన్నని ఆవిరి పొర ఏర్పడి పాదానికి రక్షణగా ఏర్పడుతుంది. అయితే ఆ పొర కొన్ని ప్రత్యేక పరిస్థితుల్లో మాత్రమే ఏర్పడుతుంది. పరిస్థితులలో కాస్త తేడా వచ్చినా కాళ్లు కాలడం ఖాయం.
ఈ ప్రభావం మీద ఓ చక్కని వ్యాసం ఇక్కడ ఉంది.
http://www.wiley.com/college/phy/halliday320005/pdf/leidenfrost_essay.pdf
దీని రచయిత జెర్ల్ వాకర్ అని ఓ పేరుమోసిన ఫిజిక్స్ ప్రొఫెసర్. ఇందులో ఈ ప్రభావం గురించి, దాని చరిత్ర గురించి చాలా విపులంగా, లోతుగా అత్యంత ఆసక్తికరంగా, హాస్యంగా చర్చిస్తాడు.
బ్లాగర్లు సయ్యంటే జెర్ల్ వాకర్ వ్యాసం నుండి ముఖ్యాంశాలు రెండు, మూడు పోస్ట్ లలో చర్చిస్తాను. ‘బోరు’మంటే మానుకుంటాను.
(ఇంకా వుంది?)
