રોકેટ અને વિમાન

રોકેટ સ્પેસમાં જઇ શકે છે, તો પછી વિમાન સ્પેસમાં કેમ નથી જઇ શકતું?

-

સઘળી મેટરને સમજતા પહેલાં બર્નોલી સિદ્ધાંતને સમજી લઇએ....પક્ષીઓ હવામાં કઇરીતે ઉડી શકે છે? વાવાઝોડામાં ઘરના છાપરાં શા માટે ઉડી જાય છે? કારણ છે બર્નોલી સિદ્ધાંત. આ સિદ્ધાંત ઉર્જા સંરક્ષણના નિયમ ઉપર આધારિત છે. વ્યાખ્યા પ્રમાણે આ સિદ્ધાંતને સમજવો થોડો કઠીન છે, માટે ટૂંકમાં એકદમ સરળરીતે તેનો સારાંશ સમજી લઇએ. કોઇપણ વસ્તુની તમે ઝડપ વધારો તો તેના દ્વારા લાગતું દબાણ(pressure) ઘટી જશે(speed∝1/pressure). ધીમી સ્પીડે બાઇક ચલાવો તો તે ભારે લાગશે પરંતુ જેમજેમ સ્પીડ વધારશો તો ગાડી હળવી ફૂલ જેવી થતી જશે. વાવાઝોડામાં ઘરના છાપરાં શા માટે ઉડી જાય છે? નોર્મલ સ્થતિમાં છાપરાના નીચેની હવાનું પ્રેશર છાપરાંને ઉપર ધકેલવાની કોશિશ કરે છે અને છાપરાંની ઉપરની હવા તેને નીચે તરફ ધકેલવાની કોશિશ કરે છે. આ સ્થિતિમાં બંન્ને વચ્ચે બેલેન્સ જળવાતાં છાપરૂં સલામત રહે છે. પરંતુ!! વાવાઝોડા દરમિયાન છાપરાંના ઉપરની હવાની ગતિ ખુબજ વધી જાય છે અને સિદ્ધાંત અનુસાર જેની ગતિ વધશે તેનું પ્રેશર ઘટશે. માટે ઉપરનું પ્રેશર ઘટતા છાપરાંની નીચેની હવા(કે જેનું પ્રેશર વધુ છે) તેને ઉપર તરફ ધકેલશે. અંતે છાપરૂં હવામાં ફંગોળાઇ જશે.

-

હવે આવીએ વિમાન ઉપર...વિમાન ઉપર ચાર ફોર્સ લાગે છે(જુઓ નીચેની ઇમેજ). હવાની અથડામણ વિમાન ઉપર બે ફોર્સ ઉત્પન્ન કરે છે. (1) Lift:- જે વિમાનને ઉપર તરફ લઇ જાય છે. (2) Drag:- જે વિમાનને પાછળ ધકેલે છે. આ સિવાય અન્ય બે ફોર્સ...Thrust:- જે વિમાનને આગળ તરફ ધક્કો મારે છે(વિમાનનું એન્જીન આ ફોર્સ ઉત્પન્ન કરે છે) અને Gravity:- જે તેના વજનને કારણે વિમાનને નીચે તરફ લઇ જાય છે. Thrust અને Gravity તો જાણે સમજ્યા કે વિમાનને આગળ અને નીચે લઇ જવા માટે કારણભૂત છે પરંતુ હવા કઇરીતે વિમાનને ઉપર લઇ જાય છે? બર્નોલી સિદ્ધાંતના પ્રતાપે.

-

વિમાનના પાંખની બનાવટ એવીરીતે કરવામાં આવે છે કે તેનો ઉપરનો ભાગ વધુ જગ્યા રોકતો(વળાંક વાળો) અને નીચેનો ભાગ ઓછી જગ્યા રોકતો(લગભગ સપાટ જેવો) રહે. પક્ષીઓના પાંખની સંરચના પણ બિલકુલ એવી જ હોય છે(જુઓ નીચેની ઇમેજ). હવે થાય છે એવું કે હવા પાંખને અથડાયા બાદ બે ભાગમાં વિભાજીત થઇ જાય છે(એક ઉપરના ભાગે અને બીજી નીચેના ભાગે). મહત્વની વાત હવે આવે છે. હવાના વિભાજીત થવાનો અને ફરી પાછા એક થવાનો સમયગાળો સરખો હોય છે. હવે જુઓ કે ઉપરનો ભાગ તો વળાંક વાળો છે, માટે ત્યાંની હવાને છેડે પહોંચવા માટે દેખીતી રીતે વધુ વાર લાગવી જોઇએ કેમકે અંતર ત્યાં વધુ છે પરંતુ એવું થતું નથી. ઉપર અને નીચેની હવાનો મિલન સમય સરખો જ હોય છે.

-

હવે જરા વિચારો...કોઇકે વધુ અંતર કાપવું છે અને કોઇકે ઓછું પરંતુ પહોંચવું એકજ સમયે છે તો તેનો ઉકેલ શું? સ્વાભાવિક છે જેણે વધુ અંતર કાપવું છે તેની ગતિ વધુ હોવી પડે અને અહીં બને છે પણ એવું જ. પાંખના ઉપરના ભાગની હવાની ઝડપ વધુ હોય છે નીચેના ભાગ કરતાં અને બર્નોલી સિદ્ધાંત શું કહે છે? જેની ઝડપ વધુ તેનું પ્રેશર ઓછું. ટૂંકમાં પાંખની ઉપરનું પ્રેશર ઓછું અને નીચેનું પ્રેશર વધુ થઇ જાય છે(જુઓ મુખ્ય ઇમેજ, જેમાં લાલ રંગ વધુ પ્રેશર અને ભૂરો રંગ ઓછા પ્રેશરને દર્શાવે છે). વધુ પ્રેશર ઓછાં પ્રેશર તરફ વસ્તુને ધક્કો મારશે. પરિણામસ્વરૂપ વિમાનને નીચેથી લિફ્ટ મળતી રહે છે અને તે હવામાં ઉડતું રહે છે.

-

અંતમાં આપણાં સવાલ ઉપર આવીએ કે શા માટે વિમાન સ્પેસમાં નથી જઇ શકતું? વિમાનનું એન્જીન હવાને ખેંચે છે. અંદર ગયેલ હવા એક compressor માં જાય છે, જ્યાં હવાને સંકુચિત(compress) કરવામાં આવે છે. ત્યારબાદ તેને combustor માં મોકલવામાં આવે છે. જ્યાં હવાને બળતણ(fuel) સાથે મિક્સ કરી સળગાવવામાં આવે છે. જેના કારણે ત્યાં high pressure flue gas બને છે. જે આગળ ટર્બાઇનને ફેરવે છે. આ ટર્બાઇન સાથે જનરેટર પણ જોડાયેલ હોય છે, જેના થકી આપણને વિદ્યુત ઉર્જા મળતી રહે છે(જુઓ નીચેની ઇમેજ). આજ high pressure flue gas ફાઇનલી પાછળ તરફ નીકળે ત્યારે વિમાનને એક થ્રસ્ટ મળે છે જે તેને આગળ વધારે છે(ન્યૂટનના ગતિનો ત્રીજો નિયમ).

-

વિમાન સ્પેસમાં નથી જઇ શકતું તેના બે કારણો છે. (1) પૃથ્વીના વાતાવરણના વિવિધ આવરણો છે(જુઓ નીચેની ઇમેજ). જેમાં troposphere સૌથી નીચેનું આવરણ છે કે જેમાં વિમાનો ઉડતા હોય છે. તેમાં હવાનું પ્રેશર સૌથી વધુ હોય છે. કેમ? કેમકે તેમાં હવાના અણુઓ વધુ હોય છે. જેમજેમ આપણે ઉપર જતાં જઇએ તેમતેમ હવાનું દબાણ ઘટતું જાય છે. વિમાનને લિફ્ટ માટે હવાની જરૂર હોય છે પણ જો હવા મૌજૂદ જ ન હોય તો તેને લિફ્ટ મળે કઇરીતે? (2) વિમાન flue gas ઉત્પન્ન કરવા માટે ઓક્સિજનનો ઉપયોગ કરે છે કે જે હવામાં મૌજૂદ હોય છે. જેમજેમ ઉપર જઇએ તેમતેમ ઓક્સિજન ઓછો થતો જશે. જો ઓક્સિજન જ ન હોય તો એન્જીન કાર્ય કરતું બંધ થઇ જાય. એટલામાટે વિમાન સ્પેસમાં નથી જઇ શકતું.

-

તો પછી રોકેટ કઇરીતે સ્પેસમાં જાય છે? વેલ, રોકેટની અંદર બળતણ તો વિમાનની જેમ મૌજૂદ હોય છે પરંતુ બળતણ ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં સળગતું નથી. આના નિવારણ માટે રોકેટની અંદર અલાયદી પ્રવાહી ઓક્સિજનની ટેન્ક મૌજૂદ હોય છે. માટે તેને વાતાવરણમાંથી હવા લેવાની જરૂર નથી પડતી.