પાણી પર ખાડા

પાણી પર ખાડો પડી શકે? ભલે ‘ટેમ્પરરી’ પણ જવાબ છે, હા. કઇ રીતે? આ રહ્યો જવાબ...

આલેખનું શીર્ષક કંઇક નવાઇ પમાડે તેવું છે. પાણી પર વમળ કે મોજાંની વાત તો સાંભળી છે. પણ ખાડા? ખાબોચિયાં કે સરોવરના સ્થિર જળ પર લાંબા પગવાળા મોટા પણ હલકા જંતુઓને તમે બેઠેલા જોયા હશે. ઘણી વખત તે પાણી પર દોડા દોડી પણ કરે છે. તેના પગલાં જ્યારે પાણી પર હોય ત્યાં પાણીમાં નાના ખાડા પડ્યા હોય તેવું લાગે છે. સખત બાંધેલી દોરીની જાળી પર સર્કસનો કલાકાર ચાલે ત્યારે તેના પગ પાસે જેવા ખાડા પડે તેવા જ ખાડા પાણી પર દોડતા જંતુના પગ પાસે પડે છે. પાણીમાં કોઇ વસ્તુ તરે અને તરતી તરતી ચાલે તે પાણીની અંદરથી ઉપર તરફ ધક્કો લાગવાનાં ગુણધર્મને આભારી છે. પણ અહીં તો કંઈક જુદી જ ઘટના બને છે. જ્યારે જંતુ ઊડી જાય ત્યારે પાણીની સપાટી સમતળ થઈ જાય છે, ખાડા પૂરાઇ જાય છે. ખાડા પડવા અને પુરાવા, આ બંને ક્રિયા સપાટીની સ્થિતિસ્થાપકતાને આભારી છે. પાણીની સપાટી સ્થિતિસ્થાપક છે.

પ્રકૃતિની દરેક ઘટના કોઇને કોઇ નિયમોને કે પદાર્થનાં ગુણધર્મોને આધિન હોય છે. તેમાંનો એક ગુણધર્મ છે પૃષ્ઠતાણ એટલે કે સફેઁસ ટેન્શન. ક્યારેક તેને પૃષ્ઠશક્તિ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. પૃષ્ઠતાણ પાણી પર ખાડાનો ઊકેલ આપે છે. જીવડાંનું વજન એટલું ઓછું હોય છે કે પાણીની સપાટી પરનું પૃષ્ઠતાણનું બળ તે તોડી નથી શકતું. જીવડાંના પગ પરનો મીણ જેવો નૈસિર્ગક પદાર્થ તેના પગલે ભીના થવા નથી દેતું. પૃષ્ઠતાણને લીધે જંતુના પગ પાસે ખાડાના વિસ્તારમાં સ્થિરશક્તિ (પોટેન્શિયલ એનર્જી) ઘટી જાય છે જેને લીધે ત્યાં લાગુ પડતા બળનું સમતોલન થાય છે અને જીવડું પાણી પર લટાર મારી શકે છે, ખાડા પાડી શકે છે.

પૃષ્ઠતાણને પ્રત્યક્ષ અનુભવવા માટે કેટલાક સાદા પ્રયોગો ઘરમાં જ થઈ શકે. ખૂબ જ પાતળી સોય કે પછી માથા વગરની ટાંકણીને હળવેકથી સ્થિર પાણી પર આડી મૂકીએ તો તે સપાટી પર જ રહેશે. ડૂબી નહીં જાય. હા, સોય પર તેલવાળો હાથ ફેરવવાનું ભુલતા નહીં જેથી સોય ભીની ન થાય. સોયની એટલે કે લોખંડની ઘનતા પાણીથી લગભગ આઠ ગણી વધારે છે અને સામાન્ય સંજોગોમાં તે ડૂબી જવી જોઇએ. તે પાણીમાં થોડી ડૂબેલી પણ નથી રહેતી માટે લોખંડની સ્ટીમરને તરવા માટેનો નિયમ તેને લાગુ પડતો નથી. આ કમાલ છે પૃષ્ઠતાણની. આવો જ એક સરળ પ્રયોગ છે કાચની નળીનો. પાણી ભરેલા પહોળા મોઢાના વાસણમાં કાચની પાતળી નળી ઊભી મૂકતાં તેમાં પાણી થોડું ઉપર ચડેલું દેખાશે. જેટલી નળી પાતળી તેટલું પાણી વધુ ઉપર ચડશે.

વાસણમાં રહેતા પાણીની સપાટી પર અને નળીની અંદરના પાણીની સપાટી પર વાતાવરણનું દબાણ તો એક સરખું જ હોય છે તો પછી પાણી ઉપર પડે કેવી રીતે? જવાબ છે પૃષ્ઠતાણને લીધે. પૃષ્ઠતાણના ગુણધર્મને આધારિત સાવ સામાન્ય લાગતુ વિજ્ઞાનનું રમકડું છેલ્લા બસો વર્ષથી લોકપ્રિય છે. આ રમકડામાં એક પહોળા મોઢાના પાણી ભરેલા વાસણમાં મીણીયા કાગળની રંગબેરંગી માછલીઓ કોઈપણ જાતના પ્રયત્ન વગર આમ તેમ તરતી હોય છે. લગભગ એકાદ સેન્ટિમીટર લાંબી માછલીની વચ્ચે નાનકડું એક છિદ્ર હોય છે. પાણી પર તરતી માછલીના છિદ્રમાં સાબુનું દ્રાવણ અથવા તેલનું નાનકડું ટીપું મૂકવાથી છિદ્રમાં પૃષ્ઠતાણ થશે જેને કારણે માછલી આગળ વધશે અને પાછળ તેલની સેર છોડશે. માછલીની દોડાદોડી આખીય સપાટીનું પૃષ્ઠતાણ નીચું નહી જાય ત્યાં સુધી ચાલુ રહેશે.

જ્યારે પ્રવાહીની સપાટી વાયુની સપાટીના સંસર્ગમાં આવે ત્યારે તે સ્થિતિસ્થાપક સપાટી તરીકે વર્તે છે. આ ગુણધર્મ એ જ પૃષ્ઠતાણ. આ સમજવા માટે પદાર્થની આંતરિક રચના સમજીએ. પદાર્થ અણુઓનો બનેલો હોય છે. એક સરખા અણુઓ એકબીજા સાથે આકષૉયેલા હોય છે. બીજી રીતે જોઇએ તો-પદાર્થની અંદરના કોઇપણ અણુ પર તેની ચોતરફ રહેલા સમાન અણુઓને લીધે એક્સરખું આકર્ષણબળ લાગતું હોય છે. અણુ પર લાગતું બળ બધી જ દિશા તરફથી એક્સરખું હોઇ અણુ પર બળનું સમતોલન થાય છે. પ્રવાહીની સપાટી ઉપર હવાના અણુઓનું જ બળ લાગે છે. સપાટી પરના બળના સમતોલન માટે સપાટી પર વધુ સંખ્યામાં અણુઓ હારબંધ ગોઠવાઇ જાય છે. જે એક સ્થિતિસ્થાપક ફિલ્મ તરીકે કામ કરે છે.

સપાટી પર લાગતા બળને ન્યૂનતમ કરવા માટે પાણીનું ટીપું ગોળાકાર હોય છે. આ વાત જરા જુદી રીતે વિચારીએ. પાણીની સપાટી કરતાં કિનારી પરના અણુઓ પર ઓછું બળ લાગતું હોય છે. કારણ કે તેની પાડોશમાં ઓછા અણુઓ હોય છે. આ કારણે તેનામાં વધુ શક્તિ હોય છે. આ શક્તિના સમતોલનનો સીધો ઉપાય છે કિનારા પરના અણુઓ ઓછા કરવા એટલે કે સપાટીનો વિસ્તાર બને તેટલો ઓછો કરવો. ભૂમિતિની માહિતી મુજબ ઘન આકારમાં ગોળાકારમાં સપાટીનો વિસ્તાર ન્યૂનતમ હોય છે. થોડું વિગતવાર વિચારીએ તો આગળ દર્શાવેલી દરેક ઘટનાનો વૈજ્ઞાનિક ઉકેલ પૃષ્ઠતાણની આંગણીએ મળી જાય છે.

શોર્ટ સર્કિટ: પ્રવાહીની જેમ આપણે પણ તાણને એટલે કે ટેન્શનને મન સપાટી પર જ રાખી જળકમળવત્ રહીએ તો?!