کیا بلیاں مائع ہیں؟

اس سوال کا جواب دیتے ہوئے جس نے مجھے Ig نوبل انعام جیتا: کیا بلیاں مائع ہوتی ہیں؟

صحیح حالات میں، بلیوں کے جسم مائع کی طرح برتاؤ کر سکتے ہیں۔ جان بینسن/فلکر ، CC BY

ایک مائع کو روایتی طور پر ایک ایسے مواد کے طور پر بیان کیا جاتا ہے جو اپنی شکل کو کنٹینر میں فٹ کرنے کے لیے ڈھال لیتا ہے۔ پھر بھی کچھ شرائط کے تحت، بلیاں اس تعریف کے مطابق لگتی ہیں۔

یہاں ایک بلی، جس کا جسم سنک کے اندر بالکل فٹ بیٹھتا ہے، مائع کی طرح برتاؤ کرتی ہے۔ ولیم میک کیممنٹ ، CC BY-SA

یہ کسی حد تک متضاد مشاہدہ کچھ سال پہلے ویب پر ابھرا اور انٹرنیٹ میمز کی طویل فہرست میں شامل ہو گیا جس میں ہمارے دوست احباب شامل تھے۔ جب میں نے پہلی بار یہ سوال دیکھا تو مجھے ہنسی آگئی، اور پھر سوچا۔ میں نے ریولوجی کے مرکز میں کچھ مسائل کی وضاحت کرنے کے لیے اس کی اصلاح کرنے کا فیصلہ کیا، مادے کی خرابیوں اور بہاؤ کا مطالعہ۔ بلیوں کی rheology پر میرے مطالعہ نے طبیعیات میں 2017 کا Ig نوبل انعام جیتا۔

انعامات ہر سال سائنس اور مزاح کے لیے وقف ایک تنظیم Improbable Research کی طرف سے دیے جاتے ہیں۔ مقصد سائنسی علوم کو اجاگر کرنا ہے جو پہلے لوگوں کو ہنسائیں، پھر سوچیں۔ ہارورڈ یونیورسٹی میں ہر سال ایک تقریب منعقد کی جاتی ہے۔

مائع کیا ہے؟

مائع کی تعریف کے مرکز میں ایک عمل ہے: ایک مواد کو کنٹینر کے اندر فٹ ہونے کے لیے اپنی شکل میں ترمیم کرنے کے قابل ہونا چاہیے۔ عمل کی ایک خصوصیت کی مدت بھی ہونی چاہیے۔ ریالوجی میں اسے آرام کا وقت کہا جاتا ہے۔ اس بات کا تعین کرنا کہ آیا کوئی چیز مائع ہے اس بات پر منحصر ہے کہ آیا اس کا مشاہدہ اس وقت کے دوران کیا گیا ہے جو آرام کے وقت سے کم ہے یا زیادہ۔

اگر ہم بلیوں کو اپنی مثال کے طور پر لیں تو حقیقت یہ ہے کہ اگر ہم انہیں کافی وقت دیں تو وہ اپنی شکل کو اپنے کنٹینر میں ڈھال سکتی ہیں۔ اگر ہم انہیں مائع بننے کا وقت دیں تو بلیاں مائع ہوتی ہیں۔ rheology میں، مواد کی حالت واقعی ایک مقررہ خاصیت نہیں ہے - جس چیز کی پیمائش کی جانی چاہیے وہ ہے آرام کا وقت۔ اس کی قیمت کیا ہے اور یہ کس چیز پر منحصر ہے؟ مثال کے طور پر، کیا بلی کے آرام کا وقت اس کی عمر کے ساتھ مختلف ہوتا ہے؟ (ریولوجی میں ہم thixotropy کی بات کرتے ہیں۔)

کیا کنٹینر کی قسم ایک عنصر ہو سکتی ہے؟ (ریولوجی میں اس کا مطالعہ "گیلا کرنے" کے مسائل میں کیا جاتا ہے۔) یا یہ بلی کے دباؤ کی ڈگری کے ساتھ مختلف ہوتا ہے؟ (ایک "قینچ گاڑھا ہونا" کی بات کرتا ہے اگر تناؤ کے ساتھ آرام کا وقت بڑھتا ہے، یا "قینچ پتلا ہونا" اگر اس کے برعکس سچ ہے۔) یقینا، ہمارا مطلب جذباتی کے بجائے میکانکی معنوں میں دباؤ ہے، لیکن بعض صورتوں میں یہ دونوں معنی آپس میں مل سکتے ہیں۔

ایک گلیشیئر ایک وادی کے نیچے بہتا ہے۔

'ڈیبورا نمبر' اور پہاڑوں کا بہاؤ

بلیوں سے جو واضح طور پر ظاہر ہوتا ہے وہ یہ ہے کہ کسی مادے کی حالت کا تعین کرنے کے لیے دو وقفوں کا موازنہ کرنے کی ضرورت ہوتی ہے: آرام کا وقت اور تجرباتی وقت، جو کہ کنٹینر کے ذریعے شروع ہونے والی اخترتی کے آغاز سے گزرا ہوا وقت ہے۔ مثال کے طور پر، بلی کے سنک میں قدم رکھنے کے بعد سے یہ وقت گزر چکا ہے۔ روایتی طور پر، آرام کے وقت کو تجرباتی وقت سے تقسیم کرتا ہے، اور اگر نتیجہ 1 سے زیادہ ہے، تو مواد نسبتاً ٹھوس ہوتا ہے۔ اگر نتیجہ 1 سے کم ہے تو، مواد نسبتا مائع ہے.

اسے ڈیبورا نمبر کہا جاتا ہے، بائبل کی پجاری کے بعد جس نے کہا کہ ارضیاتی وقت کے پیمانے پر ("خدا کے سامنے") یہاں تک کہ پہاڑ بہتے ہیں۔ مختصر وقت کے پیمانے پر آپ گلیشیئرز کو آہستہ آہستہ وادیوں میں بہتے ہوئے دیکھ سکتے ہیں۔

یہاں تک کہ اگر آرام کا وقت بہت بڑا ہے (دن، سال)، سلوک مائع جیسا ہو سکتا ہے اگر ڈیبورا نمبر چھوٹا ہو (1 کے مقابلے میں)۔ اس کے برعکس، یہاں تک کہ اگر آرام کا وقت بہت چھوٹا ہے (ملی سیکنڈ)، تو رویہ ٹھوس جیسا ہو سکتا ہے اگر ڈیبورا نمبر بڑا ہو (1 کے مقابلے)۔ یہ معاملہ ہے اگر کوئی پانی کے غبارے کو فوری طور پر دیکھتا ہے جب یہ پاپ ہوتا ہے۔

ڈیبورا نمبر بغیر ڈائمینشن نمبر کی ایک مثال ہے: چونکہ ہم ایک وقت کی مدت کو دوسرے سے تقسیم کرتے ہیں، اس لیے تناسب کی کوئی اکائی نہیں ہوتی۔ rheology میں، اور سائنس میں عام طور پر، بہت سے جہتی اعداد ہیں جو کسی مادّے یا نظام کی ریاست یا نظام کا تعین کرنے کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔

پانی کا غبارہ چبھنے کے فوراً بعد۔ اس وقت، پانی بہت مختصر مدت کے لیے ٹھوس کی طرح کام کرتا ہے۔ سنیل ساؤنڈراپنڈیان/فلکر ، CC BY

کیک بیٹر کی رفتار کی پیمائش

مائعات کے لیے ایک اور جہت کے بغیر نمبر ہے جس کا استعمال یہ اندازہ لگانے کے لیے کیا جا سکتا ہے کہ آیا بہاؤ ہنگامہ خیز ہو گا، بھنور کے ساتھ، یا یہ پرسکون طریقے سے کنٹینر کے خاکہ کی پیروی کرے گا (ہم کہتے ہیں کہ بہاؤ laminar ہے)۔

اگر بہاؤ کی رفتار V ہے اور کنٹینر کا ایک عام سائز h بہاؤ کے لیے کھڑا ہے، تو ہم رفتار کے میلان V/h کی وضاحت کر سکتے ہیں۔ اس رفتار کے میلان کا الٹا ایک وقت کے طور پر پیمانہ ہوتا ہے۔

رفتار کے میلان کی تعریف۔ ویکیپیڈیا، مصنف فراہم کردہ

اس دورانیے اور آرام کے وقت کا موازنہ کرنے سے رینالڈس نمبر پیدا ہوتا ہے ان سیالوں کی صورت میں جو جڑتا (جیسے پانی) پر غلبہ رکھتے ہیں، یا لچکدار (جیسے کیک بیٹر) پر غلبہ پانے والوں کے لیے ویسنبرگ نمبر ۔ اگر یہ جہت کے بغیر نمبرز 1 کے مقابلے میں بڑے ہیں، تو بہاؤ ہنگامہ خیز ہونے کا امکان ہے۔ اگر وہ 1 کے مقابلے میں چھوٹے ہیں تو بہاؤ لیمینر ہونے کا امکان ہے۔

یہ سوال پوچھنا کہ کیا بلیاں مائع ہیں مجھے rheology میں ان جہتی نمبروں کے استعمال کی وضاحت کرنے کی اجازت ملی۔ مجھے امید ہے کہ یہ لوگوں کو ہنسائے گا اور پھر سوچے گا۔