The Invisible Force of Friction — हिन्दी में पढ़ें

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नियो-सैन फ्रांसिस्को के केंद्र में, जहाँ प्रकृति ऊँचे नियॉन गगनचुंबी इमारतों को फिर से अपना रही है, एक स्केटर एक साहसी ग्राइंड का प्रयास करता है। लेकिन कौन सी अनदेखी शक्ति बोर्ड को धीमा कर देती है और स्टंट को अचानक रोक देती है? यह घर्षण की अदृश्य शक्ति है, जो शहर में हर चीज़ को धीमा कर देती है। तथ्य: घर्षण वह बल है जो संपर्क में आने वाली सतहों के बीच गति का विरोध करता है। यह हर जगह है, हमारे जूतों के तलवों से लेकर हमारी कारों के टायरों तक। अनुमान है कि घर्षण से अकेले अमेरिकी अर्थव्यवस्था को हर साल अरबों डॉलर का नुकसान होता है।

जूनिपर अपने आप को उठाती है और अपनी जीन्स से धूल झाड़ती है। वह ज़ोर से सोचती है, 'मैं क्यों गिरी?' उसकी दोस्त, वेरा, पास आती है। वेरा बताती है कि घर्षण, जो सतहों के बीच गति का प्रतिरोध है, ने स्केटबोर्ड को रोक दिया। इस बल को समझना चलने से लेकर गाड़ी चलाने तक हर चीज़ के लिए महत्वपूर्ण है। "'आउच! क्या हुआ?' जूनिपर ने अपनी कोहनी रगड़ते हुए पूछा। 'यह घर्षण है,' वेरा हँसी। 'यह वह बल है जो गति का प्रतिरोध करता है जब दो सतहें एक-दूसरे से रगड़ती हैं।' 'तो, यह एक अदृश्य ब्रेक की तरह है?' 'बिल्कुल!'" तथ्य: घर्षण हमेशा बुरी चीज़ नहीं होती। घर्षण के बिना, हम चल नहीं पाते, गाड़ी नहीं चला पाते, या चीज़ें पकड़ भी नहीं पाते! एक चिकनी सतह में खुरदरी सतह की तुलना में कम घर्षण होगा।

वेरा स्केटबोर्ड के पहियों और धातु की रेलिंग की ओर इशारा करती है। वह पूछती है, "देखो ये सतहें कैसे आपस में क्रिया करती हैं?" सतहों की खुरदुरापन, भले ही वे चिकनी दिखें, प्रतिरोध पैदा करती है। वेरा आगे कहती है, "हर चीज़, यहाँ तक कि एक छोटे स्तर पर भी, उसमें उभार और खांचे होते हैं जो एक-दूसरे से अटकते हैं।" "बोर्ड के पहियों और रेलिंग को ध्यान से देखो," वेरा कहती है। "वे चिकने लगते हैं, है ना?" जूनिपर आँखें सिकोड़ती है। "मुझे लगता है..." "लेकिन चिकनी सतहों में भी छोटे-छोटे उभार और खांचे होते हैं। ये एक-दूसरे से अटकते हैं, जिससे घर्षण पैदा होता है।" तथ्य: दो सतहों के बीच घर्षण की मात्रा उन सामग्रियों पर निर्भर करती है जिनसे वे बनी हैं और उन्हें कितनी ज़ोर से एक साथ दबाया जाता है। इसका सबसे पहले सत्रहवीं शताब्दी के अंत में गुइल्यूम एमोंटोंस ने विस्तार से अध्ययन किया था।

जूनिपर अपनी नोटबुक उठाती है और सतहों के रेखाचित्र बनाती है। वह कल्पना करती है कि सूक्ष्म परिदृश्य के शिखरों और घाटियों को देखने के लिए ज़ूम किया जाए। जैसे ही सतहें सरकती हैं, ये अनियमितताएँ अटक जाती हैं, जिससे प्रतिरोध पैदा होता है। यह घर्षण के मूलभूत तंत्र को समझने का पहला कदम है। "तो, यह ऐसा है जैसे सब कुछ छोटे लेगो ईंटों से ढका हुआ है?" जूनिपर तेज़ी से रेखाचित्र बनाते हुए पूछती है। "यह कल्पना करने का एक शानदार तरीका है!" वेरा जवाब देती है। "वे छोटी-छोटी अंतःक्रियाएँ मिलकर उस बल का निर्माण करती हैं जिसे हम घर्षण के रूप में महसूस करते हैं।" तथ्य: लियोनार्डो दा विंची पंद्रहवीं शताब्दी के अंत में घर्षण का व्यवस्थित रूप से अध्ययन करने वाले पहले व्यक्तियों में से एक थे, हालाँकि उनका काम काफी हद तक अप्रकाशित रहा। उन्होंने देखा कि घर्षण को दूर करने के लिए आवश्यक बल संपर्क के स्पष्ट क्षेत्र से स्वतंत्र होता है।

सतह की खुरदुरी बनावट से परे, दोनों सामग्रियों के परमाणु एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं। यह अंतर-आणविक आकर्षण, हालांकि कमज़ोर होता है, कुल घर्षण को बढ़ाता है। आकर्षण जितना मज़बूत होगा, सतहों के लिए सरकना उतना ही मुश्किल होगा। यह घर्षण का दूसरा महत्वपूर्ण चरण है। "लेकिन यह सिर्फ़ उभारों की बात नहीं है, है ना?" जुनिपर अपनी कलम को अपनी ठोड़ी पर थपथपाते हुए पूछती है। "कुछ और भी है जो उन्हें एक साथ पकड़े हुए है।" "तुम सही हो! यह सतहों के परमाणुओं के बीच आकर्षण के छोटे-छोटे बल हैं," वेरा कहती है। तथ्य: इन अंतर-आणविक बलों को वैन डेर वाल्स बल के नाम से जाना जाता है, जिसका नाम डच भौतिक विज्ञानी जोहान्स डिडेरिक वैन डेर वाल्स के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने गैसों और तरल पदार्थों के लिए अवस्था के समीकरण पर अपने काम के लिए उन्नीस सौ दस में नोबेल पुरस्कार जीता था, जिसमें ये बल शामिल थे।

गति शुरू करने के लिए, भौतिक बाधाओं और परमाणुओं के आकर्षण दोनों पर काबू पाने के लिए पर्याप्त बल लगाना चाहिए। एक बार गति में आने के बाद, सतहों पर गतिज घर्षण का अनुभव जारी रह सकता है, जो अक्सर स्थैतिक घर्षण से कमजोर होता है। यह गतिशील अंतःक्रिया घर्षण के बारे में हमारी समझ को पूरा करती है। "तो, गति में आने के लिए, आपको उन सभी छोटे-छोटे कनेक्शनों को तोड़ना होगा?" जुनिपर चौड़ी आँखों से पूछती है। "बिल्कुल! और एक बार जब आप गति में होते हैं, तो आगे बढ़ते रहना आमतौर पर आसान होता है क्योंकि आप गतिज घर्षण से निपट रहे होते हैं, जो अक्सर स्थैतिक घर्षण से कम होता है," वेरा बताती है। तथ्य: स्थैतिक घर्षण वह बल है जो किसी वस्तु को हिलने से रोकता है, जबकि गतिज घर्षण वह बल है जो किसी गतिमान वस्तु की गति का विरोध करता है। इस अंतर को समझना कई इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में आवश्यक है।

जूनिपर और वेरा फ़िशरमैन्स वार्फ़ की यात्रा करते हैं, जहाँ वे हलचल भरी मछली पकड़ने वाली नौकाओं को देखते हैं। इन नौकाओं को डिज़ाइन करने वाले इंजीनियरों को यह सुनिश्चित करने के लिए घर्षण को समझना चाहिए कि जहाज़ पानी में कुशलता से चलें। गति और ईंधन अर्थव्यवस्था के लिए घर्षण को कम करना महत्वपूर्ण है। "उन मछली पकड़ने वाली नौकाओं को देखो!" जूनिपर चिल्लाती है। "घर्षण उन्हें कैसे प्रभावित करता है?" वेरा मुस्कुराती है। "डिजाइनरों को हर समय घर्षण के बारे में सोचना पड़ता है। वे इसे कम करना चाहते हैं ताकि नावें तेजी से चल सकें और ईंधन बचा सकें।" तथ्य: एक नाव के पतवार का आकार ड्रैग को कम करने के लिए सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किया गया है, जो पतवार और पानी के बीच एक प्रकार का घर्षण है। ड्रैग गति के साथ बढ़ता है, इसलिए इसे कम करना तेज़ गति वाले जहाजों के लिए महत्वपूर्ण है।

इसके बाद, वे क्रिसी फ़ील्ड की ओर बढ़ते हैं, जहाँ एक समूह पतंग उड़ा रहा है। पहिए एक चतुर आविष्कार हैं जो स्लाइडिंग घर्षण को रोलिंग घर्षण से बदलकर घर्षण को कम करते हैं। जैसे ही पतंग उड़ाने वाले मैदान में दौड़ते हैं, उनके पहियों वाले स्केटबोर्ड कम ऊर्जा के साथ अधिक सहज, तेज़ गति प्रदान करते हैं। "उन स्केटबोर्ड पर पतंग उड़ाने वालों को देखो!" वेरा बताती है। "पहिए घर्षण को कम करने का एक अद्भुत तरीका हैं।" "कैसे?" जुनिपर पूछती है। "जमीन के खिलाफ फिसलने के बजाय, पहिए लुढ़कते हैं, जिसमें बहुत कम घर्षण होता है," वेरा कहती है। तथ्य: रोलिंग घर्षण आमतौर पर स्लाइडिंग घर्षण से बहुत कम होता है क्योंकि पहिए और सतह के बीच संपर्क क्षेत्र छोटा होता है। इस सिद्धांत का उपयोग कारों से लेकर ट्रेनों तक हर चीज़ में किया जाता है।

जूनिपर घर्षण की चरम सीमाओं के बारे में सोचती है: पृथ्वी के वायुमंडल में फिर से प्रवेश करने वाले अंतरिक्ष यान द्वारा उत्पन्न तीव्र गर्मी, या अंतरिक्ष में लगभग घर्षण-रहित स्थितियाँ। 'यह मुझे याद दिलाता है कि आइजैक न्यूटन ने क्या कहा था, 'यदि मैंने आगे देखा है तो वह दिग्गजों के कंधों पर खड़े होकर है।' हमने इन अविश्वसनीय शक्तियों को समझने के लिए अपने से पहले के लोगों के ज्ञान पर निर्माण किया है!' "'वाह, घर्षण अविश्वसनीय रूप से शक्तिशाली या लगभग न के बराबर हो सकता है!' जूनिपर आसमान की ओर देखते हुए कहती है। वेरा सिर हिलाती है। 'बिल्कुल! अंतरिक्ष यान के वायुमंडल में फिर से प्रवेश करने के बारे में सोचो - घर्षण तीव्र गर्मी उत्पन्न करता है।'" तथ्य: अंतरिक्ष यान को वायुमंडलीय घर्षण द्वारा पुन: प्रवेश के दौरान उत्पन्न अत्यधिक तापमान से बचाने के लिए हीट शील्ड के साथ डिज़ाइन किया गया है। ये तापमान हजारों डिग्री सेल्सियस तक पहुँच सकते हैं।

घर्षण को समझना हमारे जीवन के अनगिनत पहलुओं के लिए मौलिक है। कुशल वाहन डिजाइन करने से लेकर नई सामग्री विकसित करने तक, घर्षण की गहरी समझ हमें अपने आस-पास की दुनिया को आकार देने में मदद करती है। यह एक ऐसी शक्ति है जो हर चीज़ को छूती है। "तो, घर्षण को समझना हमें बेहतर चीजें बनाने और नए क्षितिज तलाशने में मदद करता है?" जुनिपर पूछती है। "बिल्कुल!" वेरा कहती है। "यह एक मौलिक शक्ति है जो हमारे हर काम और हर रचना को प्रभावित करती है।" तथ्य: घर्षण का अध्ययन, जिसे ट्राइबोलॉजी के नाम से जाना जाता है, एक बहु-विषयक क्षेत्र है जो भौतिकी, रसायन विज्ञान और सामग्री विज्ञान के पहलुओं को जोड़ता है। ट्राइबोलॉजी में प्रगति से ऊर्जा दक्षता और मशीनों के जीवनकाल में महत्वपूर्ण सुधार हो सकते हैं।