ವಿಮಾನ ಹೇಗೆ ಹಾರಬಲ್ಲದು?

05/09/2016 ನಿಮಗಿದು ಗೊತ್ತೆ?

ಹಕ್ಕಿಯಂತೆ ಹಾರುವ ಹಂಬಲ ಮತ್ತು ಅದರೆಡೆಗೆ ಮಾಡಿದ ಹಲವಾರು ಮೊಗಸುಗಳು ಮನುಷ್ಯರ ಏಳಿಗೆಯ ಹಾದಿಯಲ್ಲಿ ತುಂಬಾ ಮುಖ್ಯವಾದ ಹೆಜ್ಜೆಗಳಾಗಿವೆ.

ಹಿಂದಿನಿಂದಲೂ ಹಾರಾಟದೆಡೆಗೆ ತುಡಿತಗಳು, ಕೆಲಸಗಳು ನಡೆದಿರುವುದು ತಿಳಿದಿವೆಯಾದರೂ, ಅಮೇರಿಕಾದ ಆರವಿಲ್ ರೈಟ್ (Orville Wright) ಮತ್ತು ವಿಲ್ಬರ್ ರೈಟ್ (Wilbur Wright) ಎಂಬ ಅಣ್ಣ ತಮ್ಮಂದಿರು ಡಿಸೆಂಬರ್ 17, 1903 ರಂದು ಮೊಟ್ಟಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ ವಿಮಾನವನ್ನು ಹಾರಿಸುವಲ್ಲಿ ಗೆಲುವು ಕಂಡರು. ಅಲ್ಲಿಂದೀಚೆಗೆ ಬಾನೋಡ, ವಿಮಾನ ಮುಂತಾದ ಹೆಸರುಗಳಿಂದ ಗುರುತಿಸಲ್ಪಡುವ ಏರ್‍ಪ್ಲೇನ್‍ಗಳು ಸಾಗಾಣಿಕೆಯ ಹೊತ್ತನ್ನು ಬೆರಗುಗೊಳಿಸಿಸುವಂತೆ ಇಳಿಸಿವೆ.

ತೂಕದ ವಸ್ತುವೊಂದು ನಮ್ಮನ್ನು ಮತ್ತು ನಮ್ಮ ಸರಕುಗಳನ್ನು ಹೊತ್ತು ಹೇಗೆ ಹಾರಬಲ್ಲದು? ಅದರ ಹಿಂದಿರುವ ಚಳಕವೇನು? ಮುಂತಾದ ವಿಮಾನಗಳ ವಿಷಯಗಳನ್ನು ಈ ಬರಹದಲ್ಲಿ ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳೋಣ.

ಹಾರಾಟ ನಡೆಸಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸುವ ವಸ್ತುವು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ನಾಲ್ಕು ಬಗೆಯ ಬಲಗಳಿಗೆ ಒಳಪಡುತ್ತದೆ. ಇವುಗಳಲ್ಲಿ ಎರಡು ಬಲಗಳು ಸುತ್ತಣ (environment) ಒಡ್ಡುವ ತಡೆಗಳಾಗಿದ್ದರೆ ಉಳಿದೆರಡು ಬಲಗಳು ಆ ತಡೆಗಳನ್ನು ಮೀರಿ ಹಾರಾಟಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುವಂತವು. ಈ ಬಲಗಳನ್ನು ಕೆಳಗಿನ ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ.

1) ನೆಲಸೆಳೆತ: ವಸ್ತುವೊಂದು ತನ್ನೊಳಗೆ ಅಡಕಗೊಳಿಸಿಕೊಂಡಿರುವ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ’ರಾಶಿ’ (mass) ಅನ್ನುತ್ತಾರೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಒಂದು ಗಾತ್ರದ ’ಕಲ್ಲು’ ಹೆಚ್ಚಿನ ವಸ್ತುವನ್ನು ಅಡಕಗೊಳಿಸಿಕೊಂಡು, ಹೆಚ್ಚಿನ ರಾಶಿ ಹೊಂದಿದ್ದರೆ, ಅಷ್ಟೇ ಗಾತ್ರದ ’ಹತ್ತಿ’ (cotton) ಕಡಿಮೆ ವಸ್ತುವನ್ನು ಅಡಕಗೊಳಿಸಿಕೊಂಡು, ಕಡಿಮೆ ರಾಶಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ.

ವಸ್ತುವಿನ ರಾಶಿಗೂ (mass) ಮತ್ತು ತೂಕಕ್ಕೂ (weight) ನೇರವಾದ ನಂಟಿದೆ. ರಾಶಿ ಹೆಚ್ಚಿದೆ ಅಂದರೆ ಅದರ ತೂಕವೂ ಹೆಚ್ಚಿದೆ ಅಂತಾನೂ ತಿಳಿಯಬಹುದು.

ಐಸಾಕ್ ನ್ಯೂಟನ್ (Isaac Newton) ಅವರು ತಮ್ಮ ಅರಕೆಯಿಂದ ವಸ್ತುಗಳ ಕುರಿತಾಗಿ ಈ ಕೆಳಗಿನದನ್ನು ತೋರಿಸಿಕೊಟ್ಟಿದ್ದಾರೆ,

ಎರಡು ವಸ್ತುಗಳ ರಾಶಿಗೆ (mass) ಸಾಟಿಯಾಗಿ ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ನಡುವಿರುವ ದೂರಕ್ಕೆ ತಿರುವಾಗಿ (inversely proportional) ಸೆಳೆಯುವ ಬಲವೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಬಲವನ್ನು ರಾಶಿಸೆಳೆತ ಇಲ್ಲವೇ ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆ (gravity) ಎಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ.

ಈ ನಂಟನ್ನು ಗಣಿತದ ಕಟ್ಟಲೆಗಳಿಂದ ಹೀಗೆ ತೋರಿಸಬಹುದು,

F = (G * m1 * m2) / r²

ಇಲ್ಲಿ, m1= ವಸ್ತು-1 ರ ರಾಶಿ, m2 = ವಸ್ತು-2 ರ ರಾಶಿ, G= ರಾಶಿಸೆಳೆತದಿಂದಾಗುವ ವೇಗಮಾರ‍್ಪು (acceleration due to gravity), r = ವಸ್ತುಗಳ ನಡುವಿರುವ ದೂರ

ಇದನ್ನು ನೆಲ ಮತ್ತು ನೆಲದ ಮೇಲಿನ ವಸ್ತುವೊಂದಕ್ಕೆ ಹೊಂದಿಸಿದಾಗ, ನೆಲದ ರಾಶಿ ವಸ್ತುವೊಂದರ ರಾಶಿಗಿಂತ ತುಂಬಾ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ನೆಲ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ತನ್ನೆಡೆಗೆ ಸೆಳೆಯುತ್ತದೆ. ಇದನ್ನೇ ‘ನೆಲಸೆಳೆತ’ (Earth’s gravity) ಅನ್ನುತ್ತಾರೆ. ಇದರಿಂದ ತಿಳಿದುಬರುವುದೇನೆಂದರೆ, ಹೆಚ್ಚು ರಾಶಿಯಿರುವ ವಸ್ತುವನ್ನು ನೆಲಸೆಳೆತದ ಎದುರಾಗಿ ಸಾಗಿಸಲು ಹೆಚ್ಚು ಬಲ ಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಅಂದರೆ ವಿಮಾನವನ್ನು ನೆಲಸೆಳೆತದ ಎದುರಾಗಿ ಮೇಲೆತ್ತಲು ಅದರ ತೂಕಕ್ಕೆ ತಕ್ಕಂತೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಬಲ ಹಾಕಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ.

2) ಎತ್ತುವಿಕೆ: ನೆಲಸೆಳೆತಕ್ಕೆ ಎದುರಾಗಿ ವಿಮಾನವನ್ನು ಮೇಲೆ ಹಾರಿಸಬಲ್ಲ ಬಲವಿದು. ನೆಲಸೆಳೆತಕ್ಕಿಂತ ಎತ್ತುವಿಕೆಯ ಬಲವು ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆಲ್ಲಾ ವಿಮಾನ ಮೇಲೆ ಹಾರುತ್ತದೆ. ಅದೇ ಎತ್ತುವಿಕೆಯ ಬಲ ಕಡಿಮೆಯಾದಂತೆ ವಿಮಾನ ಕೆಳಗಿಳಿಯುತ್ತದೆ. ವಿಮಾನ ಹಾರುವಂತೆ ಮಾಡುವ ’ಎತ್ತುವಿಕೆಯ ಬಲ’ವನ್ನು ಹೇಗೆ ಉಂಟುಮಾಡಬಹುದೆಂದು ಮುಂದೆ ನೋಡೋಣ.

3) ಎಳೆತ: ಗಾಳಿಯಲ್ಲಿ ವಸ್ತುವೊಂದು ಸಾಗುವಾಗ ಇಲ್ಲವೇ ಬೀಸುವ ಗಾಳಿಯಲ್ಲಿಯೇ ವಸ್ತುವೊಂದು ನೆಲೆನಿಂತಾಗ, ವಸ್ತುವಿನ ಮೇಲೆ ಒಂದು ಬಗೆಯ ಬಲ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ. ಇದನ್ನು ’ಎಳೆತ’ ಅನ್ನುತ್ತಾರೆ. ರೈಲುಬಂಡಿಯಲ್ಲಿ ಸಾಗುವಾಗ ಕೈಯನ್ನು ಹೊರಗೆ ಚಾಚಿದರೆ ಕೈಗೆ ಗಾಳಿ ತಾಕಿ, ಒಂದು ತರಹದ ’ಎಳೆದುಕೊಂಡು’ ಹೋಗುವಂತ ಅನುಬವ ನಿಮಗೂ ಆಗಿರಬಹುದು. ಇದೇ ಗಾಳಿಯ ’ಎಳೆತ’. ವಿಮಾನ ಗಾಳಿಯಲ್ಲಿ ಸಾಗುವಾಗ ಅದಕ್ಕೆ ತಡೆಯೊಡ್ಡುವ ಬಲವಿದು.

4) ನೂಕುವಿಕೆ: ಗಾಳಿ ಒಡ್ಡುವ ಎಳೆತವನ್ನು ಮೀರಿ ವಿಮಾನವು ಮುಂದೆ ಸಾಗಬೇಕಾದರೆ ಅದಕ್ಕೆ ಎಳೆತವನ್ನು ಹಿಮ್ಮೆಟ್ಟಿಸುವ ಬಲವೊಂದು ಬೇಕು. ಇದೇ ’ನೂಕುವಿಕೆ’. ಗಾಳಿಯನ್ನು ನೂಕುತ್ತಾ ಸಾಗಲು ಬೇಕಾದ ಈ ಬಲವನ್ನು ಪಡೆಯಲು ಅಳವಡಿಸಿರುವ ಏರ‍್ಪಾಟು ವಿಮಾನದ ತುಂಬಾ ಮುಖ್ಯವಾದ ಭಾಗ.

ನೂಕುವಿಕೆಯ ಬಲವನ್ನು ಪಡೆಯಲು ಹಳೆ ತಲೆಮಾರಿನ ವಿಮಾನಗಳಲ್ಲಿ (ಚಿಕ್ಕ ವಿಮಾನಗಳಲ್ಲಿ ಇಂದು ಕೂಡ) ತಳ್ಳುಕ ಇಂಜಿನ್ (propeller engine) ಬಳಸುತ್ತಾರೆ. ಈ ಬಗೆಯ ಇಂಜಿನ್‍ನಲ್ಲಿ ಕಾರಿನಲ್ಲಿರುವಂತೆ ಆಡುಬೆಣೆಯ ಇಂಜಿನ್ (reciprocating engine) ಅಳವಡಿಸಲಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇಂಜಿನ್‍ನಲ್ಲಿ ಉರುವಲು ಉರಿದಾಗ ಹೊಮ್ಮುವ ಕಸುವಿನಿಂದ ತಳ್ಳುಕವನ್ನು ತಿರುಗಿಸಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಹೊಸ ತಲೆಮಾರಿನ ವಿಮಾನಗಳಲ್ಲಿ ನೂಕುವಿಕೆಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಲು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಗಾಳಿದೂಡುಕ (gas turbine) ಇಂಜಿನ್ ಬಳಸುತ್ತಾರೆ. ಇದರಲ್ಲಿ ಸುತ್ತಲಿನ ಗಾಳಿಯನ್ನು ಒಳಗೆ ಎಳೆದುಕೊಂಡು ಉರುವಲಿನ ಜೊತೆ ಉರಿಸಿ ಬಿಸಿಗಾಳಿಯನ್ನು ಹೊರಗಡೆ ಚಿಮ್ಮಲಾಗುತ್ತದೆ. ಹೀಗೆ ಚಿಮ್ಮಲ್ಪಟ್ಟ ಉರಿಗಾಳಿಯು ನೂಕುವಿಕೆಯ ಬಲವನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ.

ಮೇಲೆ ತಿಳಿದುಕೊಂಡ ನಾಲ್ಕು ಬಲಗಳಾದ ನೆಲಸೆಳೆತ, ಎಳೆತ, ಎತ್ತುವಿಕೆ ಮತ್ತು ನೂಕುವಿಕೆಗಳು, ವಿಮಾನ ಹಾರಲು ಇಲ್ಲವೇ ಇಳಿಯಲು ಹೇಗೆ ನೆರವಾಗುತ್ತವೆ ಎಂದು ಈಗ ಅರಿಯೋಣ.

ವಿಮಾನದಲ್ಲಿ ಅಳವಡಿಸಲಾಗಿರುವ ಇಂಜಿನ್ ಉರಿಗಾಳಿಯನ್ನು ಚಿಮ್ಮುತ್ತಾ ಹೊರಟಂತೆ ’ನೂಕುವಿಕೆ’ಯ ಬಲವು ಇಡೀ ವಿಮಾನವನ್ನು ಮುಂದೆ ತಳ್ಳುತ್ತದೆ. ವಿಮಾನ ಹೀಗೆ ನೂಕುವಿಕೆಯಿಂದ ಮುಂದೆ ಬಿರುಸಾಗಿ ಓಡುತ್ತಿರುವಾಗ ಗಾಳಿಯ ’ಎಳೆತ’ ಅದಕ್ಕೆ ತಡೆಯೊಡ್ಡುತ್ತದೆ. ಈಗ ಕೆಲಸಕ್ಕೆ ಇಳಿಯುವುದೇ ವಿಮಾನದ ರೆಕ್ಕೆಗಳು. ಈ ರೆಕ್ಕೆಗಳು ಬಿರುಸಾಗಿ ಸಾಗುತ್ತಿರುವ ಗಾಳಿಯ ದಾರಿಯನ್ನು ಎರಡು ಕವಲುಗಳಾಗಿ ಸೀಳುತ್ತವೆ.

ವಿಮಾನದ ಮೈ ಅದರಲ್ಲೂ ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಅದರ ರೆಕ್ಕೆಗಳು ಮೇಲ್ಗಡೆ ಭಾಗದಲ್ಲಿ ಉಬ್ಬಿರುವ ಆಕಾರ ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ಈ ಆಕಾರದಿಂದಾಗಿ ಎರಡು ಕವಲುಗಳಾಗಿ ಸೀಳಲ್ಪಟ್ಟ ಗಾಳಿಯ ದಾರಿ, ಎರಡು ಬೇರೆ ಬೇರೆ ದೂರವನ್ನು ದಾಟಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಉಬ್ಬಿದ ಆಕಾರದಿಂದಾಗಿ ರೆಕ್ಕೆಯ ಕೆಳಗಡೆಯ ದಾರಿ ಗಾಳಿಗೆ ಹತ್ತಿರವಾದರೆ, ಮೇಲಗಡೆ ಸಾಗುವ ದಾರಿ ದೂರವಾಗುತ್ತದೆ. ಇದರಿಂದಾಗಿ ರೆಕ್ಕೆಯ ಮೇಲಗಡೆ ಗಾಳಿಯ ಒತ್ತಡ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಅದೇ ರೆಕ್ಕೆಯ ಕೆಳಗಡೆ ಒತ್ತಡ ಹೆಚ್ಚುತ್ತಾ ಹೋಗುತ್ತದೆ. ಇದನ್ನು ಕೆಳಗಡೆಯ ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ನೋಡಬಹುದು.

ಹೀಗೆ ವಿಮಾನದ ರೆಕ್ಕೆಯ ಕೆಳಗಡೆ ಏರ‍್ಪಟ್ಟ ಹೆಚ್ಚಿನ ಒತ್ತಡ ವಿಮಾನವನ್ನು ಮೇಲೆತ್ತಲು ತೊಡಗುತ್ತದೆ. ಎತ್ತುವಿಕೆ ಹೆಚ್ಚಬೇಕಾದರೆ ನೂಕುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಬೇಕು ಇಲ್ಲವೇ ರೆಕ್ಕೆಯ ಆಕಾರಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿಸುತ್ತಾ ಇರಬೇಕು ಅನ್ನುವುದನ್ನು ಗಮನಿಸಬಹುದು. ಹೀಗೆ ಉಂಟಾದ ’ಎತ್ತುವಿಕೆ’ಯ ಬಲ ನೆಲಸೆಳೆತಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆಲ್ಲಾ ವಿಮಾನ ಮೇಲೆ ಹಾರುತ್ತದೆ. ಈ ತರನಾಗಿ ಗಾಳಿಯ ಬೀಸುವಿಕೆಯನ್ನೇ ಹಾರಾಟದ ಸಲಕರಣೆಯಾಗಿ ವಿಮಾನ ತನ್ನ ಮೈ ಆಕಾರ ಮತ್ತು ರೆಕ್ಕೆಯ ಮೂಲಕ ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ.

ಮೇಲೆ ಹಾರಿದ ವಿಮಾನವನ್ನು ಹೇಗೆ ಹಿಡಿತದಲ್ಲಿಡಲಾಗುತ್ತದೆ? ವಿಮಾನದ ಮೈಗೆ ಅಂಟಿರುವ ಬಾಲ ಮತ್ತು ಪಟ್ಟಿಗಳ ಕೆಲಸವೇನು? ಮುಂತಾದ ವಿಷಯಗಳನ್ನು ಮುಂದಿನ ಬರಹದಲ್ಲಿ ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳೋಣ.

(ಮಾಹಿತಿ ಮತ್ತು ಚಿತ್ರ ಸೆಲೆಗಳು: howstuffworks, wikipedia, engineeringexpert, fineartamerica, hdwallpaperstop)