कुतूहल अध्याय 6 जिज्ञासा बनाए रखें

(i) (घ) सभी पात्रों में समान  •  (ii) (ग) ‘क’ चिपक जाएगा परंतु ‘ख’ नहीं चिपकेगा  •  (iii) (क) ऊँचाई H को बढ़ा दिया जाए  •  (iv) (ख) P_क = P_ख, F_क < F_ख

(i) चित्र 6.21 में तीनों पात्र ‘क’, ‘ख’ और ‘ग’ भिन्न आकृति एवं चौड़ाई के हैं, परंतु तल के पास नलिकाओं द्वारा एक-दूसरे से जुड़े हैं। अत: ‘ग’ में डाला गया जल तीनों में फैल जाता है। द्रव का दाब केवल स्तंभ की ऊँचाई पर निर्भर करता है, इसलिए जल विराम में तभी रह सकता है जब सर्वत्र स्तंभ की ऊँचाई समान हो — यदि किसी पात्र में स्तंभ ऊँचा होता तो उसका अधिक दाब जल को जोड़ने वाली नलिका से दूसरे पात्रों में धकेल देता। अत: पात्रों की आकृति या चौड़ाई कुछ भी हो, जलस्तर तीनों में समान ही रहेगा।

(ii) चूषक इसलिए चिपकता है कि दबाने पर कप के नीचे की वायु निकल जाती है, भीतर का दाब बाहर के वायुमंडलीय दाब से कम हो जाता है और बाहर की वायु उसे दबाए रखती है। समतल चिकने पृष्ठ पर किनारा भली-भाँति बैठ जाता है, वायु भीतर नहीं आ पाती और चूषक ‘क’ चिपक जाता है। खुरदरे पृष्ठ पर किनारे के नीचे के सूक्ष्म अंतरालों से वायु निरंतर भीतर आती रहती है, भीतर का दाब कम बना ही नहीं रहता, दाब अंतर नहीं बनता और चूषक ‘ख’ गिर जाता है।

(iii) किसी नल पर दाब उसके ऊपर के जल स्तंभ की ऊँचाई पर निर्भर करता है। टंकी ऊँची करने से यह स्तंभ ऊँचा हो जाता है, अत: भूतल पर दाब बढ़ जाता है। विकल्प (ग) और (घ) केवल जल की मात्रा बदलते हैं, ऊँचाई नहीं — और जल की मात्रा से दाब पर कोई अंतर नहीं पड़ता, जैसा क्रियाकलाप 6.1 में चौड़े और संकरे पाइप से सिद्ध हुआ था।

(iv) दोनों पात्रों में जल समान स्तर तक है, अत: जल स्तंभ की ऊँचाई समान है और तल पर दाब भी समान है: P_क = P_ख। परंतु पात्र ‘ख’ अधिक चौड़ा है, अत: उसके तल का क्षेत्रफल अधिक है। बल = दाब × क्षेत्रफल होने के कारण समान दाब अधिक क्षेत्रफल पर अधिक बल देगा।

(i) सत्य  •  (ii) असत्य  •  (iii) असत्य  •  (iv) सत्य

ऊर्ध्वाधर खड़े होने पर लड़का रेत में अधिक धँसेगा (चित्र 6.23 ख)।

दोनों चित्रों में उसका भार बिल्कुल समान है — लेटने से कोई हल्का नहीं हो जाता। जो बदलता है वह है उस भार को सँभालने वाली रेत का क्षेत्रफल। खड़े होने पर वह केवल अपने दोनों पैरों के तलवों से रेत को छूता है, जो बहुत कम क्षेत्रफल है। लेटने पर उसकी पीठ, टाँगें, भुजाएँ और सिर सब रेत पर टिकते हैं, जो कई गुना अधिक क्षेत्रफल है। दाब बल में क्षेत्रफल का भाग देने पर मिलता है, अत: खड़े होने पर रेत पर दाब कहीं अधिक होता है, और ढीली रेत के कण अधिक दाब पर खिसक जाते हैं — इसलिए वह अधिक धँसता है।

हाथी स्थल पर 20000 N/m², अर्थात् 20000 Pa का दाब आरोपित करता है।

हाथी चारों पैरों पर खड़ा है, अत: उसका पूरा भार चारों पैरों के कुल क्षेत्रफल पर बँटता है। पहले कुल क्षेत्रफल निकालिए, फिर भार में उसका भाग दीजिए।

नाव ‘ख’ के आधार पर अधिक दाब लगेगा — 100 N/m² (100 Pa) अधिक।

प्रत्येक नाव के लिए पहले उसमें बैठे लोगों का कुल भार जोड़िए, फिर आधार के क्षेत्रफल का भाग दीजिए।

ध्यान दीजिए कि नाव ‘क’ पर भार अधिक है — 3500 N बनाम 2100 N — फिर भी दाब उस पर कम है। उसका आधार दोगुना चौड़ा है, अत: वही भार दोगुने क्षेत्रफल पर फैल जाता है।

नहीं, तड़ित उत्पन्न नहीं होती। तड़ित के लिए आवश्यक है कि वायु विद्युतरोधी हो और बादल पृथक हुए आवेशों को रोके रख सके।

तड़ित तीन चरणों में बनती है। पहले, ऊर्ध्वगामी और अधोगामी तीव्र पवन हिम कणों और जल की बूँदों में घर्षण उत्पन्न कर बादल को आवेशित कर देती है। दूसरे, आवेशों का पृथक्करण और संचय होता है — हल्के धनावेशित हिम कण बादल के ऊपरी भाग में और भारी ऋणावेशित जल की बूँदें निचले भाग में जमा हो जाती हैं, और बादल का ऋणावेशित निचला भाग नीचे की भूमि को धनावेशित कर देता है। तीसरे, जब संचित आवेश बहुत अधिक हो जाता है तो वायु का विद्युतरोधी गुण समाप्त हो जाता है और आवेशों का आकस्मिक प्रवाह क्षणदीप्त प्रकाश उत्पन्न करता है।

अब पदार्थ बदलकर देखिए। यदि बादल सुचालक होते तो धन और ऋण आवेश उसके भीतर पृथक रह ही नहीं सकते; वे बनते ही एक-दूसरे को उदासीन कर देते, अत: कभी बड़ी मात्रा में आवेश संचित होता ही नहीं। यदि वायु सुचालक होती तो आवेश निरंतर आस-पास की वायु और भूमि में रिसता रहता, वह संचित होकर वायु के अचानक टूटने की प्रतीक्षा नहीं करता। दोनों ही स्थितियों में न बड़ा संचय होता और न आकस्मिक विसर्जन — और तड़ित तो वही आकस्मिक विसर्जन है।

हाँ, दोनों गुब्बारे फूलेंगे — और समान रूप से फूलेंगे।

चित्र 6.24 में दोनों गुब्बारे बोतल के तल के समीप लगी छोटी पार्श्व नलिकाओं पर बँधे हैं, और दोनों नलिकाएँ तल से समान ऊँचाई पर हैं। कीप से जल डालने पर वह बोतल को भरता है और दोनों पार्श्व नलिकाओं में भी जाता है।

जल अपने पात्र की दीवारों पर सभी दिशाओं में दाब डालता है, अत: वह प्रत्येक पार्श्व नलिका में बाहर की ओर दाब डालकर रबड़ को फैला देता है — इसी कारण दोनों गुब्बारे फूलते हैं। कितना फूलेंगे, यह नलिका के मुख पर लगने वाले दाब से तय होता है, और वह दाब केवल उसके ऊपर खड़े जल स्तंभ की ऊँचाई पर निर्भर करता है। दोनों नलिकाएँ समान ऊँचाई पर हैं, अत: दोनों के ऊपर स्तंभ समान है, दोनों पर दाब समान है, और दोनों समान गुब्बारे समान रूप से फैलते हैं।

झंझावात चक्रवात तब बनता है जब वह महासागर के गरम जल के ऊपर बने, जहाँ संघनन से मुक्त होने वाली ऊष्मा उसे निरंतर पोषित करती रहे, जिससे केंद्र का दाब और घटता जाए, और पृथ्वी का घूर्णन भीतर आती वायु को चक्रण करा दे।

चरण इस प्रकार हैं:

1. गरम आर्द्र वायु का ऊपर उठना। महासागरीय जल गरम होता है, उसके ऊपर की गरम और आर्द्र वायु हल्की होकर ऊपर उठती है और नीचे निम्न दाब का क्षेत्र बन जाता है।
2. जलवाष्प का संघनन और ऊष्मा का मुक्त होना। ऊपर उठती आर्द्र वायु ठंडी होती है और उसका जलवाष्प संघनित होकर वर्षा की बूँदें बनाता है। वाष्पन के समय जल ने जो ऊष्मा ली थी, संघनन पर वही ऊष्मा वायुमंडल में मुक्त हो जाती है।
3. उठना और तीव्र होना। यह मुक्त ऊष्मा ऊपर उठती वायु को और गरम कर देती है, अत: वह और ऊँचाई तक उठती है और केंद्र का दाब और भी कम हो जाता है।
4. चारों ओर से वायु का आना। आस-पास के उच्च दाब वाले क्षेत्रों से वायु केंद्र की ओर तीव्र गति से आती है और स्वयं भी ऊपर उठने लगती है — और नमी लाती है, अत: चक्र दोहराता और प्रबल होता जाता है।
5. पृथ्वी का घूर्णन चक्रण देता है। गतिमान वायु सीधी भीतर नहीं जाती; पृथ्वी के घूर्णन के कारण वह मुड़ती है और पूरा तंत्र निम्न दाब के केंद्र के चारों ओर घूमने लगता है।
6. चक्रवात का बनना। परिणाम यह होता है कि अत्यधिक निम्न दाब के क्षेत्र के चारों ओर तीव्रगामी वायु घूमने लगती है — बादल, पवन एवं वर्षा का चक्रण करता तंत्र, जिसके केंद्र में शांत चक्रवात अक्षि होती है।

‘क’ की ओर स्थल है (और ‘ख’ की ओर समुद्र है)।

पहले पेड़ों से पवन की दिशा पढ़िए। उनके तने ‘क’ की ओर झुके हैं और पत्तियाँ भी ‘क’ की ओर बह रही हैं, अत: पवन ‘ख’ से ‘क’ की ओर चल रही है।

अब समय पर ध्यान दीजिए। यह गर्मियों की दोपहर है, जब स्थल जल की तुलना में कहीं तीव्रता से गरम होता है। स्थल के ऊपर की वायु गरम और हल्की होकर ऊपर उठ जाती है और वहाँ निम्न दाब का क्षेत्र बन जाता है। समुद्र के ऊपर की वायु अपेक्षाकृत ठंडी और उच्च दाब पर रहती है। अत: वायु समुद्र से स्थल की ओर बहती है — यही समुद्र समीर है। यहाँ पवन ‘ख’ से ‘क’ की ओर चल रही है, अत: ‘ख’ समुद्र होगा और ‘क’ स्थल।

क्रियाकलाप 6.5 — दो गुब्बारों और एक नलिका वाला प्रयोग — इसे सीधे दर्शाता है।

सामग्री: पतले रबड़ के बने एक समान दो गुब्बारे, एक नलिका (स्ट्रॉ), रबड़ बैंड अथवा धागा।

विधि:

1. नलिका का एक सिरा पहले गुब्बारे के मुँह में डालकर रबड़ बैंड या धागे से कसकर बाँध दीजिए, जिससे जोड़ से वायु न रिसे। इस गुब्बारे को बिना फुलाए रहने दीजिए।
2. दूसरे गुब्बारे को फुलाइए और उसके मुँह को अँगुलियों से पकड़ लीजिए जिससे वायु बाहर न निकले।
3. नलिका का दूसरा सिरा फूले हुए गुब्बारे में डालकर उसे भी बाँध दीजिए, यह सुनिश्चित करते हुए कि इस बीच वायु बाहर न निकले। अब नलिका का एक सिरा फूले हुए गुब्बारे में और दूसरा बिना फूले गुब्बारे में है।
4. अपना अनुमान लिखिए, फिर अँगुलियाँ हटाकर दोनों गुब्बारों का अवलोकन कीजिए।

प्रेक्षण: फूला हुआ गुब्बारा छोटा होता जाता है और बिना फूला गुब्बारा भरता जाता है। कुछ समय पश्चात दोनों लगभग समान आमाप के हो जाते हैं और गति रुक जाती है।

निष्कर्ष: फूले हुए गुब्बारे में वायु का दाब बिना फूले गुब्बारे से अधिक था, अत: वायु नलिका से होकर उच्च दाब वाले गुब्बारे से निम्न दाब वाले गुब्बारे की ओर गई। प्रवाह तभी तक चला जब तक दाब भिन्न थे और दाब समान होते ही रुक गया। बाहर चलने वाली पवन भी ठीक इसी प्रकार बनती है।

तड़ित एवं गर्जन के साथ आने वाले झंझावात को तड़ित-झंझावात (तड़ितझंझा) कहते हैं। (झंझावात स्वयं तीव्र वायु के साथ होने वाली वर्षा है।)

निर्माण की प्रक्रिया:

1. गरम होना और ऊपर उठना। स्थल गरम होता है और उसके ऊपर की गरम, आर्द्र वायु हल्की होने के कारण ऊपर उठती है, जिससे निम्न दाब का क्षेत्र बन जाता है।
2. वायु चक्रण। आस-पास के उच्च दाब क्षेत्रों से ठंडी वायु आकर उसका स्थान लेती है, गरम होकर स्वयं ऊपर उठती है, और इस प्रकार वायु चक्रण की सतत प्रक्रिया चलती रहती है।
3. बादलों का बनना। ऊपर उठती वायु फैलकर ठंडी होती है, उसकी नमी संघनित होकर जल की बूँदें बनाती है और बादल बनते हैं। छोटी बूँदें मिलकर भारी बूँदें बनाती हैं जो वर्षा, ओले अथवा हिम के रूप में गिरती हैं। तीव्र वायु के साथ यह वर्षा झंझावात कहलाती है। भारत जैसे गरम, आर्द्र एवं उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में ऐसे झंझावात प्राय: आते रहते हैं।
4. हिम कणों का बनना। कुछ निश्चित परिस्थितियों में गरम वायु इतनी ऊँचाई तक पहुँच जाती है कि वहाँ के कम तापमान के कारण जल की बूँदें हिम कणों में परिवर्तित हो जाती हैं।
5. बादलों का आवेशित होना। ऊर्ध्वगामी और अधोगामी तीव्र पवन हिम कणों तथा जल की बूँदों में परस्पर घर्षण करा देती है। जैसा आपने ‘बलों को जानें’ अध्याय में पढ़ा, घर्षण से वस्तुएँ आवेशित हो जाती हैं — अत: बादलों में स्थिर वैद्युत आवेश उत्पन्न हो जाता है।
6. तड़ित और गर्जन। हल्के धनावेशित हिम कण बादल के ऊपरी भाग में और भारी ऋणावेशित जल की बूँदें निचले भाग में जमा हो जाती हैं। आवेश पर्याप्त मात्रा में संचित हो जाने पर वायु का विद्युतरोधी गुण समाप्त हो जाता है और आवेशों का आकस्मिक प्रवाह तड़ित उत्पन्न करता है; इससे गरम होकर फैलती वायु से तीव्र ध्वनि, अर्थात् गर्जन, उत्पन्न होती है। तड़ित एवं गर्जन के साथ आने वाला झंझावात ही तड़ित-झंझावात है।

तड़ित आवेशों का वह आकस्मिक प्रवाह है जो तब होता है जब बादल में संचित आवेश इतना अधिक हो जाए कि वायु उसे और रोक न सके।

1. घर्षण से आवेशन। ऊँचे झंझा-बादल के भीतर ऊर्ध्वगामी और अधोगामी तीव्र पवन चलती है। वह हिम कणों और जल की बूँदों में परस्पर घर्षण करा देती है, और किन्हीं भी दो वस्तुओं के घर्षण की भाँति वे आवेशित हो जाती हैं।
2. आवेश का पृथक्करण। धनावेशित हल्के हिम कण ऊपर की ओर जाकर बादल के ऊपरी भाग को घेर लेते हैं। ऋणावेशित भारी जल की बूँदें निचले भाग में रह जाती हैं। इस प्रकार बादल में ऊपर-नीचे आवेश का पृथक्करण हो जाता है।
3. भूमि पर प्रेरित आवेश। जब बादल का ऋणावेशित निचला भाग स्थल के समीप आता है तो वह भूमि और आस-पास की वस्तुओं — जैसे पेड़-पौधे अथवा इमारतों — को धनावेशित कर देता है।
4. वायु का विद्युतरोधी गुण समाप्त होना। वायु प्राय: विद्युतरोधी की तरह कार्य करती है और विपरीत आवेशों को मिलने नहीं देती। परंतु जब आवेश अधिकता में संचित हो जाए तो वायु का यह गुण समाप्त हो जाता है।
5. क्षणदीप्त प्रकाश। आवेशों का आकस्मिक प्रवाह होता है और क्षणदीप्त प्रकाश उत्पन्न होता है — यही तड़ित है। यह बादल के भीतर, बादलों के मध्य अथवा बादल और धरातल के मध्य उत्पन्न हो सकती है। तड़ित आस-पास की वायु को तीव्र गति से गरम कर देती है, वायु फैलती है और तीव्र ध्वनि उत्पन्न होती है जिसे गर्जन कहते हैं।

छिद्र इसलिए बनाए जाते हैं कि पवन बैनर के आर-पार निकल सके और उससे टकराकर रुके नहीं — इससे बैनर के दोनों पृष्ठों के बीच दाब का अंतर कम बना रहता है और बैनर न फटता है, न उड़ता है।

बैनर खुले में लगी एक बड़ी चपटी चादर है। जब तीव्र पवन उससे टकराती है तो उसके अगले पृष्ठ पर बहती वायु की चाल अधिक होने से वहाँ दाब घट जाता है, जबकि पीछे की ओर की आश्रय पाई वायु सामान्य वायुमंडलीय दाब पर बनी रहती है। दोनों पृष्ठों के दाब का यह अंतर बैनर के पूरे बड़े क्षेत्रफल पर कार्य करता है, अत: बहुत बड़ा बल उत्पन्न होता है — इतना कि कपड़ा फट जाए, रस्सियाँ टूट जाएँ या ढाँचा गिर जाए।

छिद्र वायु को उच्च दाब वाली ओर से निम्न दाब वाली ओर आर-पार जाने देते हैं। तब दोनों पृष्ठों का दाब लगभग समान हो जाता है, बैनर पर लगने वाला परिणामी बल बहुत घट जाता है और बैनर अपने स्थान पर टिका रहता है।