શું બિલાડીઓ પ્રવાહી છે?

મને Ig નોબેલ પુરસ્કાર જીતનાર પ્રશ્નનો જવાબ: શું બિલાડીઓ પ્રવાહી હોય છે?

યોગ્ય પરિસ્થિતિઓમાં, બિલાડીઓનું શરીર પ્રવાહી જેવું વર્તન કરી શકે છે. જોન બેન્સન/ફ્લિકર , CC BY

પરંપરાગત રીતે પ્રવાહીને એવી સામગ્રી તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે જે કન્ટેનરમાં ફિટ થવા માટે તેના આકારને અનુરૂપ બનાવે છે. છતાં ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓમાં, બિલાડીઓ આ વ્યાખ્યામાં ફિટ થતી હોય તેવું લાગે છે.

અહીં એક બિલાડી, જેનું શરીર સિંકમાં સંપૂર્ણ રીતે ફિટ થાય છે, તે પ્રવાહી જેવું વર્તન કરે છે. વિલિયમ મેકકેમેન્ટ , CC BY-SA

આ કંઈક અંશે વિરોધાભાસી અવલોકન થોડા વર્ષો પહેલા વેબ પર ઉભરી આવ્યું હતું અને અમારા બિલાડીના મિત્રો સાથે સંકળાયેલા ઇન્ટરનેટ મીમ્સની લાંબી યાદીમાં જોડાયું હતું. જ્યારે મેં પહેલી વાર આ પ્રશ્ન જોયો ત્યારે મને હસવું આવ્યું, અને પછી વિચાર્યું. મેં રિઓલોજીના હૃદયમાં, દ્રવ્યના વિકૃતિઓ અને પ્રવાહોના અભ્યાસમાં કેટલીક સમસ્યાઓ દર્શાવવા માટે તેને ફરીથી બનાવવાનું નક્કી કર્યું. બિલાડીઓના રિઓલોજી પરના મારા અભ્યાસને 2017 માં ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ઇગ નોબેલ પુરસ્કાર મળ્યો.

વિજ્ઞાન અને રમૂજને સમર્પિત સંસ્થા, ઇમ્પ્રોબેબલ રિસર્ચ દ્વારા દર વર્ષે આ પુરસ્કારો આપવામાં આવે છે. ધ્યેય એવા વૈજ્ઞાનિક અભ્યાસોને પ્રકાશિત કરવાનો છે જે પહેલા લોકોને હસાવશે, પછી વિચારશે. હાર્વર્ડ યુનિવર્સિટીમાં દર વર્ષે એક સમારોહ યોજવામાં આવે છે.

પ્રવાહી શું છે?

પ્રવાહીની વ્યાખ્યાના કેન્દ્રમાં એક ક્રિયા છે: પદાર્થ કન્ટેનરમાં ફિટ થવા માટે તેના સ્વરૂપમાં ફેરફાર કરવા સક્ષમ હોવો જોઈએ. ક્રિયાનો એક લાક્ષણિક સમયગાળો પણ હોવો જોઈએ. રિઓલોજીમાં આને આરામ સમય કહેવામાં આવે છે. કોઈ વસ્તુ પ્રવાહી છે કે નહીં તે નક્કી કરવું એ તેના પર આધાર રાખે છે કે તે આરામ સમય કરતા ટૂંકા કે લાંબા સમયગાળા દરમિયાન અવલોકન કરવામાં આવ્યું છે.

જો આપણે બિલાડીઓને ઉદાહરણ તરીકે લઈએ, તો હકીકત એ છે કે જો આપણે તેમને પૂરતો સમય આપીએ તો તેઓ તેમના આકારને તેમના પાત્રમાં અનુકૂળ કરી શકે છે. જો આપણે તેમને પ્રવાહી બનવા માટે સમય આપીએ તો બિલાડીઓ પ્રવાહી હોય છે. રિઓલોજીમાં, પદાર્થની સ્થિતિ ખરેખર કોઈ નિશ્ચિત ગુણધર્મ નથી - જે માપવું જોઈએ તે છે આરામ સમય. તેનું મૂલ્ય શું છે અને તે શેના પર આધાર રાખે છે? ઉદાહરણ તરીકે, શું બિલાડીનો આરામ સમય તેની ઉંમર સાથે બદલાય છે? (રિઓલોજીમાં આપણે થિક્સોટ્રોપી વિશે વાત કરીએ છીએ.)

શું કન્ટેનરનો પ્રકાર એક પરિબળ હોઈ શકે છે? (રિયોલોજીમાં આનો અભ્યાસ "ભીનાશ" સમસ્યાઓમાં થાય છે.) અથવા શું તે બિલાડીના તણાવની ડિગ્રી સાથે બદલાય છે? (જો તણાવ સાથે આરામનો સમય વધે તો "શીયર જાડું થવું" અથવા જો વિપરીત સાચું હોય તો "શીયર થિનિંગ" ની વાત કરવામાં આવે છે.) અલબત્ત, આપણે ભાવનાત્મક કરતાં યાંત્રિક અર્થમાં તણાવનો અર્થ કરીએ છીએ, પરંતુ કેટલાક કિસ્સાઓમાં બે અર્થો ઓવરલેપ થઈ શકે છે.

ખીણમાંથી વહેતો હિમનદી.

'ડેબોરાહ નંબર' અને પર્વતોનો પ્રવાહ

બિલાડીઓ સ્પષ્ટપણે દર્શાવે છે કે સામગ્રીની સ્થિતિ નક્કી કરવા માટે બે સમયગાળાની તુલના કરવી જરૂરી છે: આરામ સમય અને પ્રાયોગિક સમય, જે કન્ટેનર દ્વારા શરૂ કરાયેલ વિકૃતિની શરૂઆતથી વીતેલો સમય છે. ઉદાહરણ તરીકે, તે બિલાડી સિંકમાં પગ મૂક્યા પછી વીતેલો સમય હોઈ શકે છે. પરંપરાગત રીતે, કોઈ વ્યક્તિ પ્રાયોગિક સમય દ્વારા આરામ સમયને વિભાજીત કરે છે, અને જો પરિણામ 1 કરતા વધુ હોય, તો સામગ્રી પ્રમાણમાં ઘન હોય છે; જો પરિણામ 1 કરતા ઓછું હોય, તો સામગ્રી પ્રમાણમાં પ્રવાહી હોય છે.

આને ડેબોરાહ નંબર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, જે બાઈબલના પુરોહિતના નામ પરથી કહેવામાં આવે છે જેમણે ટિપ્પણી કરી હતી કે ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય સમયના ધોરણો ("ભગવાન પહેલાં") પર પર્વતો પણ વહેતા હતા. ટૂંકા સમયના ધોરણો પર, હિમનદીઓ ખીણોમાં ક્રમશઃ વહેતી જોઈ શકાય છે.

જો આરામનો સમય ખૂબ મોટો હોય (દિવસો, વર્ષ), તો ડેબોરાહ નંબર નાનો હોય તો તે પ્રવાહી જેવું વર્તન કરી શકે છે (1 ની સરખામણીમાં). તેનાથી વિપરીત, જો આરામનો સમય ખૂબ નાનો હોય તો (મિલિસેકન્ડ), જો ડેબોરાહ નંબર મોટો હોય તો (1 ની સરખામણીમાં) તે ઘન જેવું વર્તન કરી શકે છે. જો કોઈ વ્યક્તિ પાણીના ફુગ્ગાને ફૂટતી વખતે તરત જ જુએ છે તો આ સ્થિતિ છે.

ડેબોરાહ સંખ્યા એ પરિમાણહીન સંખ્યાનું ઉદાહરણ છે: કારણ કે આપણે એક સમયગાળાને બીજા સમયગાળા દ્વારા વિભાજીત કરીએ છીએ, તેથી ગુણોત્તરમાં કોઈ એકમ નથી. રિઓલોજીમાં, અને સામાન્ય રીતે વિજ્ઞાનમાં, ઘણી પરિમાણહીન સંખ્યાઓ છે જેનો ઉપયોગ સામગ્રી અથવા સિસ્ટમની સ્થિતિ અથવા શાસન નક્કી કરવા માટે થઈ શકે છે.

પાણીનો ફુગ્ગો ચોંટી જાય પછી તરત જ બહાર નીકળે છે. આ ક્ષણે, પાણી ખૂબ જ ટૂંકા ગાળા માટે ઘન પદાર્થની જેમ કાર્ય કરે છે. સુનિલ સૌંદરપંડિયન/ફ્લિકર , CC BY

કેક બેટરની ગતિ માપવી

પ્રવાહી માટે બીજી એક પરિમાણહીન સંખ્યા છે જેનો ઉપયોગ અંદાજ લગાવવા માટે કરી શકાય છે કે પ્રવાહ તોફાની હશે, વમળો સાથે હશે, અથવા તે કન્ટેનરની રૂપરેખાને શાંતિથી અનુસરશે (આપણે કહીએ છીએ કે પ્રવાહ લેમિનર છે).

જો પ્રવાહ ગતિ V હોય અને પાત્રમાં પ્રવાહને લંબરૂપ લાક્ષણિક કદ h હોય, તો આપણે વેગ ગ્રેડિયન્ટ V/h વ્યાખ્યાયિત કરી શકીએ છીએ. આ વેગ ગ્રેડિયન્ટનો વ્યસ્ત સમય તરીકે માપવામાં આવે છે.

વેગ ગ્રેડિયન્ટની વ્યાખ્યા. વિકિપીડિયા, લેખક દ્વારા પ્રદાન કરાયેલ

આ સમયગાળા અને આરામ સમયની સરખામણી કરવાથી જડતા (જેમ કે પાણી) દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવતા પ્રવાહીના કિસ્સામાં રેનોલ્ડ્સ નંબર ઉત્પન્ન થાય છે, અથવા સ્થિતિસ્થાપકતા (જેમ કે કેક બેટર) દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવતા પ્રવાહી માટે વેઇસેનબર્ગ નંબર ઉત્પન્ન થાય છે. જો આ પરિમાણહીન સંખ્યાઓ 1 ની તુલનામાં મોટી હોય, તો પ્રવાહ તોફાની હોવાની શક્યતા છે. જો તે 1 ની તુલનામાં નાના હોય, તો પ્રવાહ લેમિનર હોવાની શક્યતા છે.

બિલાડીઓ પ્રવાહી છે કે કેમ તે પ્રશ્ન પૂછવાથી મને રિઓલોજીમાં આ પરિમાણીય સંખ્યાઓનો ઉપયોગ સમજાવવાની તક મળી. મને આશા છે કે તે લોકોને હસાવશે અને પછી વિચારશે.