மேலுதைப்பு

மேலுதைப்பும் பொருள் மிதத்தலும்

ஒரு பாய்மத்தில் (வாயு/ திரவம்) அமிழ்த்தப்பட்ட பொருளின் நிறைக்கு எதிராக அப்பாய்மத்தால் கொடுக்கப்படும் விசையே மேலுதைப்பு (Buoyancy) ஆகும். புவியீர்ப்பின் கீழுள்ள ஒரு பாய்மத்தின் ஆழத்துக்கேற்ற அமுக்க வித்தியாசமே இம்மேலுதைப்புக்குக் காரணமாக அமைகின்றது. P=hρg இன் படி ஆழம் அதிகரிக்க அமுக்கமும் அதிகரிக்கின்றது. இவ்வமுக்க வேறுபாடு காரணமாக பாய்மத்தில் அமிழ்த்தப்படும் பொருள் மேல்நோக்கிய ஆர்முடுகல் ஒன்றை எதிர்கொள்ளும். மேலுதைப்பு விசை கீழ் நோக்கிய ஈர்ப்பு விசைக்குச் சமப்படுமானால் பொருள் பாய்மத்தில் மிதக்கும். மேலுதைப்பு விசையானது பொருளால் இடம்பெயர்க்கப்பட்ட பாய்மத்தின் நிறைக்குச் சமனானதாக இருக்கும். இதன் காரணமாகவே பாய்மத்தை விட அடர்த்தி கூடிய (துளைகளற்ற) பொருள் அமிழ்கின்றது; அடர்த்தி குறைவான பொருள் மிதக்கிறது. பாய்மத்தை விட அடர்த்தி கூடிய பொருளெனில், அது இடம்பெயர்க்கும் பாய்மத்தின் நிறை பொருளின் நிறையை விடக் குறைவாகும், எனவே மேலுதைப்பு ஈர்ப்பு விசையை விடக் குறைவென்பதால் பொருள் அமிழ்கின்றது. மிதக்கும் பொருளில் இவ்விரு விசைகளும் சமப்படுமாறு பொருளின் ஒரு பகுதியே பாய்மத்தில் அமிழ்ந்திருக்கும்.

ஆர்க்கிமிடீசின் தத்துவம்

அமிழ்த்தப்பட்ட பொருட்களின் மீது தொழிற்படும் விசைக்கும் பொருளின் அடர்த்திக்கும் இடையிலான தொடர்பைக் கண்டறிந்து விளக்கிய விஞ்ஞானி ஆர்க்கிமிடீசு ஆவார். இவரின் தத்துவம் பின்வருமாறு:

ஒரு பாய்மத்தில் முழுமையாகவோ பகுதியாகவோ அமிழ்த்தப்பட்ட ஒரு பொருளின் மீது தொழிற்படும் மேலுதைப்பு விசை அப்பொருளால் இடம்பெயர்க்கப்பட்ட பாய்மத்தின் நிறைக்குச் சமமாகும்.

– ஆர்க்கிமிடிசு

இத்தத்துவத்தை வெளியிட்ட இவ்வறிவியலாளரை நினைவுகோரும் முகமாக இத்தத்துவத்துக்கு ஆர்க்கிமிடீசின் தத்துவம் என பெயரிடப்பட்டுள்ளது. இத்தத்துவத்தின் படி

மேலுதைப்பு = இடம்பெயர்க்கப்பட்ட பாய்மத்தின் நிறை

ஆர்க்கிமிடீசின் தத்துவத்தைக் கொண்டு இயற்பியல் கணக்கீடுகளை மேற்கொள்வதற்கு பொருளின் மீது செயற்படும் சில விசைகளைப் புறக்கணிக்க வேண்டும். அவ்வாறு புறக்கணிக்கா விட்டால் கணக்கீடு சிக்கலடையும். சாதாரண நிலமையில் நீரில் இடப்படும் ஒரு பொருளின் மீது புவியீர்ப்பு, மேலுதைப்பு என்பவற்றுக்கு மேலதிகமாக நீரின் மேற்பரப்பு இழுவிசையும், வளிமண்டல அமுக்கமும் செயற்படும். மிக நுணுக்கமான ஆராய்ச்சிகளைத் தவிர பொதுவாக கணக்கீட்டில் பிரதான விசைகளான புவியீர்ப்பையும், மேலுதைப்பும் மாத்திரமே கருத்தில் கொள்ளப்படுகின்றது. ஆர்க்கிமிடிசின் தத்துவத்தைக் கொண்டு நீரில் அமிழ்த்தப்படும் ஒரு கல்லின் எடையையும், அதனால் இடம்பெயர்க்கப்படும் நீரையும் கொண்டு அக்கல்லின் அடர்த்தியையும் அக்கல்லின் மீது தொழிற்படும் மேலுதைப்பையும் காணலாம். உதாரணமாக 12 N எடையுடைய கல்லொன்று நீரில் இடப்பட்ட போது 300 cm³ நீரை இடம்பெயர்த்தால், கல்லின் மீது 300 cm ³* 1 gcm⁻³*1 kg/1000 g * 10 ms⁻² = 3 N மேலுதைப்பு செயற்படும். கல்லானது முழுமையாக நீரில் அமிழ்வதால் அதன் அடர்த்தி = 1200 g/ 300 cm³ = 4 gcm⁻³. இது போல அடர்த்தி தரப்பட்டிருந்தால் பொருளின் எடையை உய்த்தறியக்கூடியதாக இருக்கும்.

ஒரு பாய்மத்துக்குள் அமிழ்த்தபட்ட ஒரு பொருளின் எடை குறைவடைந்தது போல் இருக்கும். உதாரணமாக ஒரு கல்லைக் கயிற்றில் கட்டி நீருக்குள் அமிழ்த்தும் போது நிறை குறைவடைந்தது போல் உணரலாம். நீரினால் கல் மீதுள்ள மேலுதைப்பு கல்லின் நிறைக்கு எதிராகச் செயற்படுவதே இதற்குக் காரணமாகும். இவ்வாறு குறைவாகத் தோன்றும் நிறை தோற்ற நிறை என அழைக்கப்படும். இடம்பெயர்க்கப்பட்ட நீரின் கனவளவை அளக்க முடியா விட்டால் தோற்ற நிறைக் கோட்பாடைப் பயன்படுத்தி தேவையான கணியங்களைக் கண்டறியலாம்.

மேலுதைப்பு தொடர்பான சமன்பாடுகள்

வளியின் மேலுதைப்பு

வளியும் ஒரு பாய்மம் என்பதால் வளியாலும் மேலுதைப்பு வழங்கப்படும் எனினும் வளியின் அடர்த்தி மிகவும் குறைவென்பதால் பொதுவாக நாம் அதைப் புறக்கணிக்கின்றோம். வளியின் அடர்த்தி கிட்டத்தட்ட 1.2 kgm⁻³ ஆகும். (ஒப்பீட்டுக்காக நீரின் அடர்த்தி= 1000 kgm⁻³) மிகவும் அடர்த்தி குறைந்த பொருட்களைக் கருதும் போது வளியின் மேலுதைப்பைக் கவனத்தில் எடுத்தல் அவசியமாகும். வளியை விட அடர்த்தி கூடிய பொருட்கள் புவியீர்ப்பின் கீழ் விழும். வளியை விட சிறிதளவே அடர்த்தி கூடிய பொருட்கள் மெதுவாகவே கீழே விழும் (உதாரணமாக பஞ்சு, காற்றால் நிரப்பப்பட்ட பலூன்). வெற்றிடத்தில் மேலுதைப்பு இல்லாததால் அனைத்து பொருட்களும் ஒரே வேகத்துடனேயே விழுகின்றன. வளியை விட அடர்த்தி குறைந்த பொருட்கள் வளியின் மேலுதைப்பு காரணமாக மேலே எழுகின்றின. உதாரணமாக அடர்த்தி குறைந்த வாயுக்களான ஐதரசன், ஹீலியம் ஆகியவற்றால் நிரப்பப்பட்ட பலூன்கள் புவியீர்ப்புக்கு எதிராக மேலே எழுகின்றன.

வெளி இணைப்புக்கள்

• நீரில் விழல் பரணிடப்பட்டது 2015-02-26 at the வந்தவழி இயந்திரம்
• ஆக்கிமிடிசின் தத்துவம் – பின்புலம் மற்றும் பரிசோதனை
• BuoyancyQuest (a website featuring buoyancy control videos)
• W. H. Besant (1889) Elementary Hydrostatics from Google Books.