21 સપ્ટેમ્બર, 1995,
ગણપતિ દૂધ પીએ છે* નો ચમત્કાર! !
લોકોના ટોળે ટોળા ભેગા થયેલા, ઠેર ઠેર કેટલાય શહેરોમાં. ચમત્કાર થયો હતો, ગણપતિ સૂંઢથી દૂધ પીતા હતા! ગણેશજીને દૂધ પીવડાવવા લાઈનમાં Ph.D. ફીઝીક્સ થયેલા પ્રોફેસરોથી માંડીને અભણ ગરીબ લારીવાળા ય હતા.ભારતમાં તો ખરું જ પણ દેશવિદેશમાં જ્યાં પણ હિંદુ મંદિરો હતા ત્યાં આ સમાચાર પ્રસરી ગયા. લોકોમાં એક ધાર્મિક ઉત્સાહ આવી ગયેલો. દૂધનું વેચાણ 40થી 50 % વધી ગયેલું, મંદિરની બહાર દર્શનાર્થીઓની લાઈનો લાગેલી. પણ આ દૂધનો ચમત્કાર બહુ ચાલ્યો નહિ, કારણ એની પાછળનું વિજ્ઞાન લોકો સમજ્યા. એ સમયની ભારતની Ministry of Science & Technologyના વૈજ્ઞાનિકોએ પ્રયોગો બતાવી આ ઘટના પાછળનું કેશાકર્ષણ- કેપિલરી એક્શન સમજાવેલું. .
દૂધનું પૃષ્ઠતાણ દૂધને ઉપર કેશાકર્ષણથી એક હદ સુધી ઉપર ચડાવે પછી ગુરુત્વાકર્ષણને લીધે દૂધ મૂર્તિમાં નીચે ઉતરી જાય. પછી તો વૈજ્ઞાનિકોએ આ ઘટના માટે કૅપીલરી એક્શન* ને જવાબદાર ઠેરવ્યું.
આ કેપેલરી એક્શન જ જમીનમાંથી પાણી વનસ્પતિના મૂળમાં અને ધીમે ધીમે ફ્ળ સુધી પહોંચાડે છે. આના વગર વનસ્પતિ જગત જ ન રહે.
તો આ કેપિલરી એકશન છે શું, એ આમ જીવનમાં હાલતા ને ચાલતા ઉપયોગમાં આવે પણ આપણને સમજતા વાર લાગે, તો ચાલો, એ આજે સમજીએ.Capillary action એટલે- 'ગુરુત્વાકર્ષણની વિરુદ્ધ જઈ નાની નાની વાળ -કેશ જેવી- નળીઓમાં પ્રવાહી ઉપર ચડે તે ઘટના. કેશાકર્ષણ !'
આ કેપિલરી એક્શન 'કોહેસન' પર આધાર રાખે છે.
પણ એ સમજતા પહેલાં આપણે પ્રવાહીના અમુક ગુણધર્મ સમજવા પડશે.
પ્રવાહીનું ટીપું ગોળ જ કેમ હોય? ચોરસ કેમ નહિ?
જેને વિજ્ઞાનના *ચમત્કાર* માં રસ હોય એને માટે સમજવું જરુરી.
કોઈ પણ પદાર્થ ઘન / પ્રવાહી કે વાયુ હોય, એના અણુઓ એકબીજા ને આકર્ષે છે, એકબીજાને પોતાની તરફ્ ખેંચે છે. આમાં પ્રમાણ ઓછું વધતું હોય, વાયુમાં આ આકર્ષણ સૌથી ઓછું, અને ઘનમાં સૌથી વધારે. આ ફોર્સ કે જેમાં એક જ જાતના અણુઓ એકબીજાથી ખેંચાય તેને કૉહેસિવ ફોર્સ કહે. આજે અહીં પ્રવાહી પર વધારે વાત કરીએ.
જેમકે, પાણીના અણુઓ હોય , તો પાણીના અણુઓ એકબીજાની તરફ્ આકર્ષાય.
આકૃતિ-1માં જુઓ કે પાણીના વાસણની અંદર રહેલું અણું ચારે બાજુથી બીજા અણુંઓથી સમતોલ રુપે ખેંચાયેલું/ આકર્ષાયેલું રહે છે. 'બેલેન્સમા' જ રહે છે. પણ પ્રવાહીની સાવ સપાટી પરના અણુની વાત કરીએ તો -સપાટી પરના અણુઓને તો અંદર રહેલા અણુ જ ખેંચે, નીચેની તરફ્ ખેંચે પણ સપાટીની ઉપર/બહાર તો કોઈ પાણીને અણુ નથી. માટે સપાટી પરના અણુઓ અંદરની બાજુએ ખેંચાયેલા રહે. એના પર સંતુલિત આકર્ષણ નથી, અંદરની બાજુ રહેલાં અણુઓનું જ એના પર ખેંચાણ છે. આમ, કોઈ પણ પ્રવાહીની સપાટી પર એક પ્રકારનું તાણ હોય, જાણે રબ્બર નું પાતળું પડ ખેંચાયેલું રહે તેમ સપાટી જાણે ટેન્શન માં હોય, એને પ્રવાહીનું સરફેસ ટેન્શન કહે છે, પૃષ્ઠ પરનું તાણ- પૃષ્ઠતાણ કહે છે.
હવે પ્રવાહીનું એકાદ એકલું અટૂલું ટીપું પડયું હોય એની વાત કરીએ.
પ્રવાહી પોતાની સપાટીને જાણે કેન્દ્રમાં થી અંદર ખેંચવા પ્રયત્ન કરે, કોકડું વળી જાય, પોતાની જાતમાં જ સંકોરાઈ જવાનો એનો પ્રયત્ન હોય. આમાં એ ઓછામાં ઓછી જગ્યા રોકવાનો પ્રયત્ન કરે. તો બધા અલગ અલગ આકારોમાં ગોળાકારની સપાટી (સરફેસ એરિયા)ઓછામાં ઓછી હોય, ગોળાકારનું ક્ષેત્રફ્ળ સૌથી ઓછું હોય છે. એટલે પ્રવાહીનું ટીપું શક્ય હોય ત્યાં સુધી ગોળાકાર ટીપા રુપે રહે.
વરસાદનું ટીપું બને ત્યારે સંપૂર્ણ ગોળાકાર હોય, આકાશમાંથી પડે ત્યારે ગોળ હોય પણ જેમ જેમ નીચે પડવા માંડે એટલે એને હવાના ઝાપટા લાગે, વળી ગુરુત્વાકર્ષણ પણ લાગે એટલે એ પરફેકટ ગોળ ન રહે. એક mmથી નાના ટીપા સંપૂર્ણ ગોળાકાર હોય, મોટા ટીપા બન જેવા , ડમ્બેલ્સ જેવા લંબગોળ આકારના હોય, હવામાં હોય ત્યાં સુધી, પાછા જમીન પર પડે એટલે બને તેટલાં ગોળ puddle- ખાબોચિયું બનાવવા કોશિશ કરે!
જેમ પ્રવાહીના અણુઓ વચ્ચે એકબીજા માટે આકર્ષણ વધારે- 'કોહેસિવ ફોર્સ' વધારે તેમ પ્રવાહીનું સરફેસ ટેન્શન વધારે. કારણ પ્રવાહીની સપાટી, અંદર રહેલાં અણુઓથી વધારે ખેંચાણ અનુભવે. આના લીધે પ્રવાહીના ટીપાંમોટા બની શકે. પાણીનું સરફેસ ટેન્શન 72 ડાઈન/ સેમી એટલે પાણીની સપાટી સરફેસ ટેન્શનને લીધે ઇલાસ્ટિક જેવી થઇ હોય, એને તોડવા, કે એમાં એક સેમીનો ફેરફાર કરવા 72 ડાઈન બળ વાપરવું પડે. જ્યારે આલ્કોહોલનું સરફેસ ટેન્શન ઓછું 22.3 , પણ પારાનું અધધ 465 ડાઈન! એટલે જ પારો એકદમ ગોળ મોટું ટીપું બનાવે.
પાણીના આ સરફેસ ટેન્શન ને લીધે તેની સપાટી થોડું વજન ઝીલી શકે, મચ્છર જેવા જીવડાં એની પર ચાલી શકે. આમ પાણી પર ચાલતા સંતોની દંતકથા આ વૈજ્ઞાનિક રીતે શક્ય ઘટનાની ભયંકર અતિશયોક્તિ exaggeration કહી શકાય!
નાનપણમાં કોણે નદી કિનારે કે તળાવમાં શાંત જળ પર એક સરસ પથ્થર શોધીને એને પાણી પર ફેંકી, પાણીની સપાટી પર કુદાવવાની મઝા નહિ લીધી હોય? અહીં તમારી પથ્થરને એક ચોક્કસ એન્ગલ પર ફેંકવાની કલા અને પાણી એક સપાટી તરીકે વર્તે છે, એ ખેંચેલી સપાટી છે , એ બંને વાત જવાબદાર છે!
ફરી આકૃતિ -1 જુઓ, નીચે પાણીની અંદર રહેલા અણુઓ પર બધી બાજુ થી એકસરખું આકર્ષણ અનુભવે, જ્યારે સપાટી પરના અણુઓ નીચે ખેંચાયેલા છે એટલે સપાટી રબ્બરની જેમ નીચે ખેંચાયેલી રહે છે, તાણ અનુભવે. ઘનમાં પણ આ ગુણધર્મ છે, તેથી જ અધિશોષણ, અવશોષણ વગેરે થાય. સપાટી પર અસંતૃપ્તતા હોય જ.ઘન પદાર્થ પણ વાયુને અને પ્રવાહીને શોષે એ એની સપાટી પરની અસંતૃપ્તતાને લીધે.
ઘન પદાર્થોનું ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર મજબૂત હોવાથી આમ કોંકડું ન વળે.
આટલી વાત / પૃષ્ઠતાણની આટલી બધી પૃષ્ઠભૂમિકા કરી તો હવે સમજીએ -આ કેપિલરી એકશન છે શું?
આપણને ખારી જમીન પર સમુદ્રકાંઠે ઊગતા, 30-40 કે વધારે ફૂટ ઊંચે લાગતા , મીઠા પાણી વાળા નારિયેળની નવાઈ નથી લાગતી, એમાં ચમત્કાર નથી લાગતો. પણ કુદરત તો રાત દિવસ આવા કેટલાય ચમત્કારો કરે છે! આ નાળિયરમાં જે પાણી છે તે ગળાઈ મધુર થઈ , નાળિયરીની મેમ્બ્રેન ટીસ્યૂમાંથી પસાર થઈ કેશાકર્ષણથી ઉપર ચડેલું છે.નાળિયેરીના વૃક્ષની મૂળિયાની વ્યવસ્થા જબ્બર હોય છે, જે જમીનના પાણીને ઉપર ખેંચે છે, અને પછી કેશાકર્ષણથી ઉપર ને ઉપર નાળિયર ફ્ળ સુધી પહોંચી જાય , માઉન્ટેનિયરની જેમ ચડતું ચડતું! વળી પાણી મીઠું હોય એનું કારણ પણ મૂળિયા છે. એ મૂળ પાણીમાંથી ક્ષારને રહેવા દે અને મીઠું પાણી તથા પોષક તત્વો જ શોષે.
કેશાકર્ષણ / કૅપીલરી એક્શન * શબ્દ તો શાળામાં ભણતા ત્યારથી સાંભળ્યો છે.
ચિત્ર 2 જુઓઃ નાની વાળ જેવી નળીમાં પ્રવાહી આપમેળે ઉપર જાય એને કેપિલરી એક્શન કહેવાય.
પ્રવાહી ના અણુઓ વચ્ચેના એકમેકના આકર્ષણ -પ્રવાહી- પ્રવાહી વચ્ચેના આકર્ષણને 'કોહેસિવ ફોર્સ' કહેવાય છે, એ આપણે આગળ જોયું, પણ જો અલગ જાતના બે અણુઓ સંપર્કમાં હોય જેમકે કાચની નળીમાં ભરેલું પાણી જેમાં પાણીના અણુઓ કાચના અણુઓના સંપર્કમાં છે. તો પાણી અને કાચ વચ્ચે પણ આકર્ષણ થાય એ જે આકર્ષણ થાય તેને 'એડહેસિવ ફોર્સ' કહેવાય. આમ, બે અલગ પ્રકારના અણુઓ વચ્ચેના આકર્ષણને 'એડહેસિવ ફોર્સ' કહીએ છીએ,
જ્યારે 'કોહેસિવ ફોર્સ' કરતાં 'એડહેસિવ ફોર્સ' વધી જાય, ત્યારે-
કેશ (વાળ ) જેવી સાંકડી નળીમાંની કાચની દિવાલ વચ્ચે પ્રવાહી નળીમાં સડસડાટ ઊપર ચડે. (ચિત્ર 2a અને 2b.)
કાચને બદલે કપડું કે રુ ની વાટ હોય, ને પ્રવાહી ઘી / તેલ હોય તો દીવાની વાટમાં એ ચડે અને દીવો બળે.
બધી વનસ્પતિના કોષો પણ હો જેમાં મૂળમાંથી પાણી પાન સુધી આ રીતે કેશાકર્ષણથી જ ચડે.
ચિત્ર -3 !
તો છેલ્લે -
એમના શરીરના પ્રમાણમાં પાતળી કેશનળી જેવી સૂંઢથી ગણેશજી ચપોચપ દૂધ પીએ કે નહિ? તમે જ નક્કી કરો!