அடடே அறிவியல்: இன்ஜினை இயக்கும் சக்தி எது?

மோட்டார் சைக்கிள், கார், ரயில் போன்ற வாகனங்கள் எப்படி இயங்குகின்றன? இன்ஜின் மூலமாக இயங்குகிறது அல்லவா? சரி, அந்த இன்ஜின்கள் எப்படி வேலை செய்கின்றன? இதைத் தெரிந்துகொள்ள ஒரு சோதனை செய்வோமா?

தேவையான பொருட்கள்

கண்ணாடி பொம்மை, கோப்பை, தண்ணீர்.

அமைப்பு:

சில வீடுகளில் மேசையில் தண்ணீர் குடிப்பது போன்ற பறவையைப் பார்த்திருப்பீர்கள். அந்தக் கண்ணாடி பொம்மையை எடுத்துக்கொள்ளுங்கள். பறவையின் தலை, வயிற்றுப் பகுதிகளில் இரு கண்ணாடிக் குமிழ்கள் பொருத்தப்பட்டிருக்கும். தலை, வயிற்றுப் பகுதிகள் ஒரு நீண்ட கண்ணாடிக் குழாயில் இணைக்கப்பட்டிருக்கும்.

எளிதில் ஆவியாகக் கூடிய சிவப்பு நிற ஈதர் திரவத்தை வயிற்றுப் பகுதியில் நிரப்பியிருப்பார்கள். இணைப்புக் குழாய் காற்றில்லாத வெற்றிடமாக இருக்கும். பறவையின் அலகில் நீரை உறிஞ்சும் சிவப்பு நிற பஞ்சு ஒட்டப்பட்டிருக்கும். பறவையின் கால் போன்ற தாங்கியில் கண்ணாடிப் பறவை புவியீர்ப்பு மையத்தில் முன்னும் பின்னும் அசையுமாறு பொருத்தப்பட்டிருக்கும்.

சோதனை

1) பறவைக்கு முன்னால் உள்ள சிவப்பு நிறக் கோப்பை முழுவதும் தண்ணீர் ஊற்றிக்கொள்ளுங்கள்.

2) பறவையின் தலையைக் கோப்பை நீரில் நனையுமாறு மூழ்கச் செய்யுங்கள். இப்போது நடப்பதைப் பாருங்கள்.

பறவையின் தலை தண்ணீரில் நனைந்தவுடன் தலையைப் பின்னுக்குச் சாய்த்து நேராக வந்துவிடும். மேலும் பறவை தானாகவே தலையை முன்னும் பின்னும் சாய்த்து தொடர்ந்து தண்ணீர் குடிப்பதைக் காணலாம்.

புறவையின் தலை நனைந்த உடன் மீண்டும் மீண்டும் தலையை சாய்த்து தண்ணீர் குடிப்பது எப்படி?

நடப்பது என்ன?

1) பறவையின் வயிற்றுப் பகுதியில் ஈதர் திரவம் இருக்கும் அல்லவா? குறைந்த கொதிநிலை கொண்ட ஈதர் அறை வெப்ப நிலையில் எளிதாக ஆவியாகிறது. பறவையின் வயிற்றுப் பகுதியிலுள்ள ஈதர் ஆவியாவதால் ஈதர் திரவத்திற்கு மேலே ஒரு அழுத்தத்தை உருவாக்குகிறது. தலைப்பகுதிக்கு வெளியேயுள்ள பஞ்சிலுள்ள நீர் ஆவியாவதால் தலைப்பகுதிக்கு உள்ளே குளிர்ச்சியை ஏற்படுத்துகிறது. இதனால் தலைப்பகுதியினுள் ஈதர் ஆவி அழுத்தம் குறைவாக இருக்கும். தலைப்பகுதிக்கும் வயிற்றுப் பகுதிக்கும் இடையே உள்ள அழுத்த வேறுபாட்டினால் இணைப்புக் குழாயில் ஈதர் திரவம் தலைப்பகுதிக்கு ஏறுகிறது.

2) இதனால் தலைப்பகுதியின் எடை அதிகமாகி பறவை முன்னோக்கி சாய்கிறது. இந்த நிலையில் பறவை கிடைமட்டமாக இருக்கும். இதையடுத்து இணைப்புக் குழாயிலுள்ள திரவம் வயிற்றுப் பகுதிக்கு வருகிறது. இதனால் தலைப்பகுதியின் எடை குறைந்து வயிற்றுப் பகுதியின் எடை அதிகரிப்பதால் பறவை நிமிர்ந்த நிலைக்கு வருகிறது. இந்நிலைக்கு வரும்போது பறவை முன்னும் பின்னும் ஆடிக்கொண்டே இருக்கும்.

3) பறவையின் ஈர்ப்பு மையத்தின் தாங்கு புள்ளிக்கு மேலே திரவம் ஏறும்போது பறவையின் எடை அதிகமாகி மீண்டும் தலை நீருக்குள் சாய்ந்து விடுகிறது. ஈதர் ஆவியாதலுக்குப் பிறகு ஆவி குளிர்ந்து திரவமாதல் போன்றவை தொடர்ந்து நடைபெறும். இதனால்தான் பறவை தண்ணீர் குடிப்பதும் பின்னர் நிமிர்வதும் தொடர்ந்து நடைபெறுகிறது. கண்ணாடிப் பறவையின் தாகம் அடங்காமல் இருப்பதற்கு இதுவே காரணம். புறவை தலைப்பகுதி நீர் ஆவியாகும் பரப்பு, வெளிக்காற்றின் ஈரப்பதம், உலர் காற்றின் இயக்கம் ஆகியவற்றால் பறவை நீரில் தலை சாய்க்கும் நேர இடைவெளி மாறுபடும். பறவை குடிப்பதற்கு நீருக்குப் பதிலாக எளிதில் ஆவியாகும் ஈதர், ஆல்கஹால் போன்ற திரவங்களை வைத்தால் பறவை தலை சாய்க்கும் நேர இடைவெளி குறையும்.

சோதனையைத் தொடர்க

தொடர்ந்து இயங்கிக்கொண்டிருக்கும் பறவையைக் கண்ணாடிப் பெட்டியால் மூடி விட்டால் அதன் இயக்கம் தொடருமா? அல்லது நின்றுவிடுமா? செய்து பாருங்கள்.

பயன்பாடு:

எரிபொருளை எரிப்பதன் மூலம் வாயுக்கலவை உயர்வெப்பம், உயர் அழுத்தங்களை அடைந்து வெப்ப ஆற்றல் (Heat Energy) கிடைக்கும். கார், பேருந்து, லாரி, ரயில் போன்ற வாகனங்களை இயக்க அந்த ஆற்றல் பயன்படுகிறது. வெப்ப ஆற்றலை இயந்திர ஆற்றலாக மாற்றப் பயன்படும் இன்ஜின் வெப்ப இன்ஜின் ஆகும். வெப்ப இன்ஜின்கள்தான் உலகின் தொழில் புரட்சிக்கு வித்திட்டன எனலாம்.

ஒரு வாயுவுக்கு வெப்பத்தைக் கொடுத்தால், அந்த வெப்பத்தில் ஒரு பகுதி இயந்திர ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது. இதுவே வெப்ப இன்ஜின்களின் அடிப்படைத் தத்துவம் ஆகும். எல்லா வெப்ப இன்ஜின்களிலும் உயர் வெப்பநிலை கொண்ட மூலமும் (Hot Source) குறை வெப்ப நிலை கொண்ட தேக்கியும் (Cold reservoir) இருக்கும். வெப்ப மூலத்திலிருந்து வெப்பம் எடுக்கப்பட்டு அதன் ஒரு பகுதி தேவையான பயனுள்ள வேலையாக மாற்றப்படுகிறது. மீதமுள்ள வெப்பம் தாழ் வெப்பத் தேக்கிக்கு மாற்றப்படுகிறது. உள்ளீடு வெப்பத்துக்கும் வெளியீடு வெப்பத்துக்கும் இடையே வேறுபாடு இயந்திர ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது.

சோதனையின் சுற்றுப்புறத்தில் உள்ள வளிமண்டல வெப்ப ஆற்றலை இன்ஜின் வெப்ப மூலமாகவும், குறைந்த வெப்பநிலை கொண்ட பறவையின் தலைப்பகுதியைக் குளிர் வெப்ப தேக்கியாகவும், பறவையின் உடற்பகுதியில் உள்ள ஈதர் திரவத்தை டீசல் எரிபொருளாகவும் கற்பனை செய்துகொள்கிறீர்களா?

கண்ணாடிப் பறவையில் வளிமண்டலத்திலிருந்து வெப்பம் எடுக்கப்பட்டு அதில்; ஒரு பகுதி பறவை முன்னும் பின்னும் தலை சாய்த்து ஆடுவதற்குரிய வேலையாக மாற்றப்படுகிறது அல்லவா? அதைப் போலத்தான் வாகன வெப்ப இன்ஜின்களில் ஆக்ஸிஜனும் எரிபொருளும் வெடிப்பதால் ஏற்படும் வெப்பம் மூலமாக (Source) செயல்பட்டு உயர் அழுத்தத்தினால் பிஸ்டனை இயங்கச் செய்யும் வேலையாக மாற்றப்பட்டு, அந்த இயந்திர ஆற்றல் வாகனத்தை இயக்கப் பயன்படுகிறது. மீதமுள்ள தேவையற்ற ஆற்றல் வெளியேற்று அமைப்பு (Exhaust system) மூலம் வளிமண்டலத்திற்குச் செலுத்தப்படுகிறது.

படங்கள்: அ. சுப்பையா பாண்டியன்

கட்டுரையாளர்: இயற்பியல் பேராசிரியர், அறிவியல் எழுத்தாளர்.

தொடர்புக்கு: aspandian59@gmail.com