How Submarines Sink and Float

ज़हरा ने सैन फ्रांसिस्को खाड़ी में एक विशाल कंटेनर जहाज को सरकते हुए देखा। उत्प्लावकता की घटना काम कर रही है, जो इस विशालकाय जहाज को तैरता रखती है। लेकिन कैसे? यह असंभव लगता है कि इतनी भारी चीज़ पानी पर तैर सकती है। वास्तव में, कुछ कंटेनर जहाज एम्पायर स्टेट बिल्डिंग की ऊँचाई से भी लंबे होते हैं! तथ्य: एक कंटेनर जहाज की उत्प्लावकता उसके पतवार के आकार और उसके द्वारा विस्थापित पानी की मात्रा पर निर्भर करती है। यह सिद्धांत एम्पायर स्टेट बिल्डिंग से भी लंबे जहाजों को सैकड़ों-हजारों टन वजनी होने के बावजूद तैरने की अनुमति देता है!

नोई वैली में अपने घर पर, ज़हरा अपने खिलौना पनडुब्बी के साथ नहा रही थी जब वह नीचे डूब गई। उसने सोचा कि बड़े जहाज क्यों तैरते हैं लेकिन उसका छोटा खिलौना नहीं। उसने अपने पिताजी से पूछा, जो सोफे पर एक किताब पढ़ रहे थे, "पिताजी, बड़े जहाज क्यों तैरते हैं, लेकिन मेरी पनडुब्बी डूब जाती है?" उसने उलझन में पूछा। "यह एक बहुत अच्छा सवाल है, ज़हरा!" उसके पिताजी ने जवाब दिया। "यह सब उत्प्लावकता नामक चीज़ पर निर्भर करता है। हमें इसकी जांच करनी होगी।" तथ्य: मजेदार तथ्य: सूर्य से पृथ्वी तक प्रकाश को यात्रा करने में आठ मिनट और बीस सेकंड लगते हैं। शायद इसीलिए ऐसा लगता है कि नहाने का पानी ठंडा होने में हमेशा के लिए लग जाता है!

ज़हरा के पिता ने एक नोटबुक निकाली और कहा, "चलो देखते हैं कि आर्किमिडीज़ ने बहुत पहले क्या पता लगाया था।" उन्होंने किताब को आर्किमिडीज़ के बारे में एक पन्ने पर खोला और कहा, "'यूरेका!' जैसा कि आर्किमिडीज़ ने प्रसिद्ध रूप से चिल्लाया था जब उन्होंने उत्प्लावन के सिद्धांत की खोज की थी। इसने हमेशा के लिए बदल दिया कि हम तैरती हुई वस्तुओं, जैसे जहाजों को कैसे समझते हैं।" "आर्किमिडीज़ एक यूनानी गणितज्ञ, भौतिक विज्ञानी, इंजीनियर, आविष्कारक और खगोलशास्त्री थे," ज़हरा के पिता ने समझाया। "वह दो हज़ार साल से भी पहले रहते थे। उनका सिद्धांत बताता है कि वस्तुएँ कैसे तैरती या डूबती हैं।" तथ्य: आर्किमिडीज़ का सिद्धांत, जिसे प्राचीन ग्रीस में प्रतिपादित किया गया था, आज भी नौसेना वास्तुकला के लिए मौलिक है।

ज़हरा के पिता ने समझाना शुरू किया, "कल्पना करो कि एक पनडुब्बी एक तराजू पर बैठी है, लेकिन पानी के अंदर। अब कल्पना करो कि पानी की उतनी ही मात्रा भी उसी तराजू पर है, लेकिन पानी के अंदर नहीं। पानी की उस मात्रा का वज़न ही वह उत्प्लावन बल है जो पनडुब्बी को ऊपर धकेलता है!" उन्होंने उसे अपनी नोटबुक में एक आरेख दिखाया। "मुख्य बात विस्थापन है," उन्होंने कहा। "एक वस्तु तैरती है यदि उत्प्लावन बल - उसके द्वारा विस्थापित पानी का वज़न - उसके अपने वज़न से अधिक हो। और इसका मतलब है कि कुल घनत्व पानी से कम है!" ज़हरा को समझ आने लगा। तथ्य: घनत्व प्रति इकाई आयतन द्रव्यमान है। यदि कोई वस्तु पानी से कम सघन है, तो वह तैरती है; अन्यथा, वह डूब जाती है। जहाजों को उनके द्रव्यमान के सापेक्ष उनके आयतन को अधिकतम करने के लिए डिज़ाइन किया जाता है।

ज़हरा के पिता ने उसे दिखाया कि एक पनडुब्बी अपनी उत्प्लावकता कैसे बदल सकती है। उन्होंने समझाया, "पनडुब्बियों में गिट्टी टैंक होते हैं। उन्हें हवा से भरकर, पनडुब्बी कम पानी विस्थापित करती है, जिससे वह हल्की हो जाती है और ऊपर उठने में सक्षम होती है। उन्हें पानी से भरकर, वह अधिक विस्थापित करती है, जिससे पनडुब्बी डूब जाती है।" उन्होंने गिट्टी टैंकों में पानी और हवा भरती हुई एक पनडुब्बी का चित्र बनाया। उन्होंने पूछा, "देखो कैसे उत्प्लावन बल का प्रतिनिधित्व करने वाले तीर बदलते हैं?" तथ्य: पनडुब्बियां अपने गिट्टी टैंकों में पानी और हवा की मात्रा को समायोजित करके अपनी गहराई को नियंत्रित करती हैं, जिससे प्रभावी रूप से उनका समग्र घनत्व बदल जाता है।

इसे समझाने के लिए, ज़हरा के पिता उसे एवरेट मिडिल स्कूल ले गए जहाँ विज्ञान के शिक्षक, मिस्टर हैरिस ने उन्हें एक मॉडल पनडुब्बी दिखाई। उन्होंने गिट्टी टैंकों में हवा भरी, और मॉडल एक टैंक की सतह पर आ गया। फिर, उन्होंने पानी अंदर जाने दिया, और पनडुब्बी डूब गई। "इस तरह पनडुब्बियां समुद्र की गहराइयों का पता लगाती हैं," मिस्टर हैरिस ने समझाया। "वे गोता लगाने और सतह पर आने के लिए अपना घनत्व बदलती हैं!" तथ्य: सत्रहवीं शताब्दी में कॉर्नेलियस ड्रेबेल द्वारा पहली सच्ची पनडुब्बी के आविष्कार के लिए गिट्टी टैंक आवश्यक थे, हालांकि उनका डिज़ाइन आधुनिक पनडुब्बियों से काफी अलग था।

ज़हरा ने एक असली पनडुब्बी की कल्पना की, एक गहरे समुद्र में अनुसंधान करने वाला जहाज़, जो मारियाना ट्रेंच, यानी महासागर के सबसे गहरे हिस्से की खोज कर रहा था। उसने देखा कि पनडुब्बी अंधेरे पानी में चुपचाप चल रही थी, उसकी रोशनी अजीब और अद्भुत जीवों को रोशन कर रही थी। "उसने सोचा, "उत्प्लावकता और घनत्व को समझे बिना, हम इन अद्भुत जगहों का पता नहीं लगा सकते थे!"" तथ्य: मारियाना ट्रेंच इतना गहरा है कि माउंट एवरेस्ट को इसमें डुबोया जा सकता है और फिर भी उसकी चोटी के ऊपर एक मील से ज़्यादा पानी रहेगा।

घर वापस आकर, ज़हरा ने उत्प्लावकता के अन्य उदाहरण देखे। उसने एक गर्म हवा का गुब्बारा आसमान में ऊपर उठते हुए, एक नाव को खाड़ी में तैरते हुए, और यहाँ तक कि खुद को स्विमिंग पूल में तैरते हुए देखा। "उत्प्लावकता हर जगह है!" उसने अपनी माँ से कहा, जब उसने गर्म हवा के गुब्बारे को बहते हुए देखा। तथ्य: गर्म हवा के गुब्बारे इसलिए तैरते हैं क्योंकि गर्म हवा ठंडी हवा की तुलना में कम घनी होती है। घनत्व में यह अंतर एक उत्प्लावक बल बनाता है जो गुब्बारे को ऊपर उठाता है।

उसके पिता, चालीस की उम्र के एक शांत, विचारशील और मिलनसार व्यक्ति, चश्मा पहने हुए, एक साफ-सुथरी छोटी दाढ़ी, छोटे काले बाल जिनमें कनपटियों पर हल्के भूरेपन की झलक थी, एक आरामदायक स्वेटर, कैजुअल पतलून और लोफर्स पहने हुए थे, उन्होंने उसे एक हिमखंड की तस्वीर दिखाई। उन्होंने समझाया, "हिमखंड जैसी विशाल चीज़ भी तैरती है क्योंकि बर्फ पानी से कम सघन होती है।" "लेकिन हिमखंड का केवल दस प्रतिशत ही सतह के ऊपर दिखाई देता है।" ज़हरा चकित रह गई। "तो, हिमखंड का अधिकांश हिस्सा पानी के नीचे छिपा होता है?" तथ्य: हिमखंड तैरते हैं क्योंकि बर्फ तरल पानी से कम सघन होती है, जो हाइड्रोजन बॉन्डिंग के कारण एक अद्वितीय गुण है। यह समुद्री जीवन को जमा देने वाली परिस्थितियों में भी पनपने की अनुमति देता है।

ज़हरा मुस्कुराई, अब वह समझ गई थी कि उसकी खिलौना पनडुब्बी क्यों डूब गई जबकि विशाल जहाज़ तैरते रहे। उत्प्लावकता के सिद्धांतों को समझकर, हम अविश्वसनीय मशीनें डिज़ाइन कर सकते हैं, समुद्र की गहराइयों का पता लगा सकते हैं, और यहाँ तक कि यह भी समझ सकते हैं कि हिमखंड क्यों तैरते हैं। "उसे एहसास हुआ," विज्ञान हमें अपने आस-पास की दुनिया को समझने में मदद करता है, सबसे छोटे खिलौने से लेकर सबसे बड़े जहाज़ तक!"" तथ्य: उत्प्लावकता को समझना हमें जहाज़, पनडुब्बी, गर्म हवा के गुब्बारे डिज़ाइन करने और हिमखंडों के व्यवहार की भविष्यवाणी करने में भी मदद करता है, जिससे हमें अपनी दुनिया में अधिक सुरक्षित और कुशलता से नेविगेट और अन्वेषण करने में मदद मिलती है।