పిల్లులు ద్రవంగా ఉన్నాయా?

నాకు ఇగ్ నోబెల్ బహుమతిని గెలుచుకున్న ప్రశ్నకు సమాధానం: పిల్లులు ద్రవంగా ఉన్నాయా?

సరైన పరిస్థితులలో, పిల్లుల శరీరాలు ద్రవాలలా ప్రవర్తిస్తాయి. జాన్ బెన్సన్/ఫ్లిక్ర్ , CC BY

ఒక ద్రవాన్ని సాంప్రదాయకంగా ఒక పాత్రకు సరిపోయేలా దాని ఆకారాన్ని మార్చుకునే పదార్థంగా నిర్వచించారు. అయినప్పటికీ కొన్ని పరిస్థితులలో, పిల్లులు ఈ నిర్వచనానికి సరిపోతాయి.

ఇక్కడ ఒక పిల్లి శరీరం సింక్ లోపల సరిగ్గా సరిపోతుంది, అది ద్రవంలా ప్రవర్తిస్తుంది. విలియం మెక్‌కామెంట్ , CC BY-SA

ఈ విరుద్ధమైన పరిశీలన కొన్ని సంవత్సరాల క్రితం వెబ్‌లో కనిపించింది మరియు మా పిల్లి జాతి స్నేహితులకు సంబంధించిన ఇంటర్నెట్ మీమ్‌ల జాబితాలో చేరింది. నేను ఈ ప్రశ్నను మొదటిసారి చూసినప్పుడు అది నన్ను నవ్వించింది, ఆపై ఆలోచించింది. భౌతిక శాస్త్రం యొక్క గుండెలోని కొన్ని సమస్యలను, పదార్థ వైకల్యాలు మరియు ప్రవాహాల అధ్యయనాన్ని వివరించడానికి నేను దానిని తిరిగి రూపొందించాలని నిర్ణయించుకున్నాను. పిల్లుల రియాలజీపై నా అధ్యయనం 2017లో భౌతిక శాస్త్రంలో ఇగ్ నోబెల్ బహుమతిని గెలుచుకుంది.

సైన్స్ మరియు హాస్యానికి అంకితమైన ఇంప్రాబబుల్ రీసెర్చ్ అనే సంస్థ ప్రతి సంవత్సరం ఈ బహుమతులను ప్రదానం చేస్తుంది. మొదట ప్రజలను నవ్వించే, తరువాత ఆలోచించే శాస్త్రీయ అధ్యయనాలను హైలైట్ చేయడమే దీని లక్ష్యం. ప్రతి సంవత్సరం హార్వర్డ్ విశ్వవిద్యాలయంలో ఒక వేడుక జరుగుతుంది.

ద్రవం అంటే ఏమిటి?

ద్రవం యొక్క నిర్వచనం మధ్యలో ఒక చర్య ఉంటుంది: ఒక పదార్థం దాని ఆకారాన్ని ఒక పాత్రలో సరిపోయేలా సవరించుకోగలగాలి. చర్యకు ఒక లక్షణ వ్యవధి కూడా ఉండాలి. రియాలజీలో దీనిని సడలింపు సమయం అంటారు. ఏదైనా ద్రవంగా ఉందో లేదో నిర్ణయించడం అనేది సడలింపు సమయం కంటే తక్కువ లేదా ఎక్కువ కాల వ్యవధిలో గమనించబడిందా అనే దానిపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

మనం పిల్లులను ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, వాస్తవం ఏమిటంటే, మనం వాటికి తగినంత సమయం ఇస్తే అవి వాటి ఆకారాన్ని వాటి పాత్రకు అనుగుణంగా మార్చుకోగలవు. మనం వాటికి ద్రవంగా మారడానికి సమయం ఇస్తే పిల్లులు ద్రవంగా ఉంటాయి. రియాలజీలో, ఒక పదార్థం యొక్క స్థితి నిజంగా స్థిర ఆస్తి కాదు - కొలవవలసినది విశ్రాంతి సమయం. దాని విలువ ఏమిటి మరియు అది దేనిపై ఆధారపడి ఉంటుంది? ఉదాహరణకు, పిల్లి విశ్రాంతి సమయం దాని వయస్సును బట్టి మారుతుందా? (రియాలజీలో మనం థిక్సోట్రోపి గురించి మాట్లాడుతాము.)

కంటైనర్ రకం ఒక కారకంగా ఉంటుందా? (రియాలజీలో దీనిని "చెమ్మగిల్లడం" సమస్యలలో అధ్యయనం చేస్తారు.) లేదా పిల్లి ఒత్తిడి స్థాయిని బట్టి ఇది మారుతుందా? (ఒత్తిడితో విశ్రాంతి సమయం పెరిగితే "కోత గట్టిపడటం" లేదా దీనికి విరుద్ధంగా ఉంటే "కోత సన్నబడటం" గురించి ఒకరు మాట్లాడుతారు.) వాస్తవానికి, మేము ఒత్తిడిని భావోద్వేగ కోణంలో కాకుండా యాంత్రిక కోణంలో సూచిస్తున్నాము, కానీ రెండు అర్థాలు కొన్ని సందర్భాల్లో అతివ్యాప్తి చెందుతాయి.

ఒక లోయలో ప్రవహిస్తున్న హిమానీనదం.

'డెబోరా సంఖ్య' మరియు పర్వతాల ప్రవాహం

పిల్లులు స్పష్టంగా చూపించే విషయం ఏమిటంటే, ఒక పదార్థం యొక్క స్థితిని నిర్ణయించడానికి రెండు కాల వ్యవధులను పోల్చడం అవసరం: సడలింపు సమయం మరియు ప్రయోగాత్మక సమయం, ఇది కంటైనర్ ద్వారా ప్రారంభించబడిన వైకల్యం ప్రారంభమైనప్పటి నుండి గడిచిన సమయం. ఉదాహరణకు, పిల్లి సింక్‌లోకి అడుగుపెట్టినప్పటి నుండి గడిచిన సమయం కావచ్చు. సాంప్రదాయకంగా, సడలింపు సమయాన్ని ప్రయోగాత్మక సమయంతో విభజిస్తారు మరియు ఫలితం 1 కంటే ఎక్కువ ఉంటే, పదార్థం సాపేక్షంగా ఘనమైనది; ఫలితం 1 కంటే తక్కువగా ఉంటే, పదార్థం సాపేక్షంగా ద్రవంగా ఉంటుంది.

భౌగోళిక కాల ప్రమాణాలలో ("దేవుని ముందు") పర్వతాలు కూడా ప్రవహించాయని బైబిల్ పూజారి వ్యాఖ్యానించిన తర్వాత దీనిని డెబోరా సంఖ్య అని పిలుస్తారు. తక్కువ కాల ప్రమాణాలలో హిమానీనదాలు క్రమంగా లోయల నుండి ప్రవహించడం చూడవచ్చు.

విశ్రాంతి సమయం చాలా ఎక్కువగా ఉన్నప్పటికీ (రోజులు, సంవత్సరాలు), డెబోరా సంఖ్య తక్కువగా ఉంటే (1 తో పోలిస్తే) ప్రవర్తన ద్రవంగా ఉంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, విశ్రాంతి సమయం చాలా తక్కువగా ఉన్నప్పటికీ (మిల్లీసెకన్లు), డెబోరా సంఖ్య పెద్దగా ఉంటే (1 తో పోలిస్తే) ప్రవర్తన ఘనంగా ఉంటుంది. నీటి బెలూన్ పాప్ అయిన క్షణంలో దాన్ని గమనించినట్లయితే ఇది జరుగుతుంది.

డెబోరా సంఖ్య కొలతలు లేని సంఖ్యకు ఒక ఉదాహరణ: మనం ఒక కాల వ్యవధిని మరొక కాల వ్యవధితో భాగిస్తాము కాబట్టి, ఆ నిష్పత్తికి ఏ యూనిట్ లేదు. రియాలజీలో మరియు సాధారణంగా శాస్త్రంలో, ఒక పదార్థం లేదా వ్యవస్థ యొక్క స్థితి లేదా పాలనను నిర్ణయించడానికి ఉపయోగించే అనేక కొలతలు లేని సంఖ్యలు ఉన్నాయి.

నీటి బెలూన్‌ను గుచ్చిన వెంటనే. ఈ సమయంలో, నీరు చాలా తక్కువ సమయం వరకు ఘనపదార్థంలా పనిచేస్తుంది. సునీల్ సౌందరపాండియన్/ఫ్లిక్ర్ , CC BY

కేక్ పిండి వేగాన్ని కొలవడం

ద్రవాలకు, ప్రవాహం అల్లకల్లోలంగా ఉంటుందా, వోర్టిసెస్‌తో ఉంటుందా లేదా అది ప్రశాంతంగా పాత్ర యొక్క రూపురేఖలను అనుసరిస్తుందా అని అంచనా వేయడానికి ఉపయోగించే మరొక పరిమాణం లేని సంఖ్య ఉంది (ప్రవాహం లామినార్ అని మనం అంటాము).

ప్రవాహ వేగం V అయితే మరియు కంటైనర్ ప్రవాహానికి లంబంగా ఒక సాధారణ పరిమాణం h కలిగి ఉంటే, అప్పుడు మనం వేగ ప్రవణత V/h ను నిర్వచించవచ్చు. ఈ వేగ ప్రవణత యొక్క విలోమం సమయంగా కొలుస్తుంది.

వేగం ప్రవణత యొక్క నిర్వచనం. వికీపీడియా, రచయిత అందించారు.

ఈ వ్యవధిని మరియు విశ్రాంతి సమయాన్ని పోల్చినప్పుడు జడత్వం (నీరు వంటివి) ఆధిపత్యం వహించే ద్రవాల విషయంలో రేనాల్డ్స్ సంఖ్య వస్తుంది, లేదా స్థితిస్థాపకత (కేక్ పిండి వంటివి) ఆధిపత్యం వహించే వాటికి వీసెన్‌బర్గ్ సంఖ్య వస్తుంది. 1 తో పోలిస్తే ఈ పరిమాణం లేని సంఖ్యలు పెద్దగా ఉంటే, ప్రవాహం అల్లకల్లోలంగా ఉండే అవకాశం ఉంది. 1 తో పోలిస్తే అవి చిన్నగా ఉంటే ప్రవాహం లామినార్‌గా ఉండే అవకాశం ఉంది.

పిల్లులు ద్రవమా అనే ప్రశ్న అడగడం వల్ల రియాలజీలో ఈ పరిమాణం లేని సంఖ్యల ఉపయోగాన్ని వివరించడానికి నాకు వీలు కలిగింది. ఇది ప్రజలను నవ్వించి, ఆ తర్వాత ఆలోచించేలా చేస్తుందని నేను ఆశిస్తున్నాను.