ആയിരക്കണക്കിന് ടൺ ഭാരമുള്ള കപ്പലുകൾ വെള്ളത്തിൽ പൊങ്ങിക്കിടക്കുന്നത് എങ്ങനെ?

ചെറു വള്ളങ്ങൾ മുതൽ ആയിരക്കണക്കിന് ടൺ ഭാരമുള്ള കപ്പലുകൾ വരെ വെള്ളത്തിൽ പൊങ്ങിക്കിടക്കുന്നത് നാം കാണുന്നതാണ്. ഇതെങ്ങനെ സാധിക്കുമെന്ന് ആലോചിച്ചിട്ടുണ്ടോ? വസ്തുക്കൾ താഴ്ന്നു പോകാതെ ഉയർത്തി നിർത്തുന്ന ശക്തി എന്താണ് ? ഇതിന്റെ പിന്നിലെ തത്വം എന്തായിരിക്കും? പ്ലവന തത്വം, പ്ലവക്ഷമ ബലം എന്നിവയെക്കുറിച്ച്ചില വിവരങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കിയാൽ ഇതിനെല്ലാം ഉത്തരമായി.

വസ്തുക്കൾ ദ്രാവകങ്ങളിൽ പൊങ്ങിക്കിടക്കുന്നത് പ്ലവക്ഷമ ബലം (Buoyant Force) കൊണ്ടാണ്. ഒരു വസ്തു ദ്രവത്തിൽ പൊങ്ങിക്കിടക്കുമ്പോൾ വസ്തുവിന്റെ ഭാരവും അത് ആദേശം ചെയ്യുന്ന ദ്രവത്തിന്റെ ഭാരവും തുല്യമായിരിക്കും. ഒരു വസ്തു ദ്രവത്തിൽ മുങ്ങിക്കിടക്കുമ്പോൾ ആദേശം ചെയ്യുന്ന ദ്രവത്തിന്റെ വ്യാപ്തം വസ്തുവിന്റെ വ്യാപ്തത്തിന് തുല്യമായിരിക്കും. ദ്രാവകത്തിൽ ഒരു വസ്തു അതിന്റെ ഭാരത്തിന് തുല്യം ദ്രാവകത്തെ ആദേശം ചെയ്യുമ്പോൾ അതു പൊങ്ങിക്കിടക്കുന്നു. മുങ്ങിക്കിടക്കുന്ന വസ്തു അതിന്റെ വ്യാപ്തത്തിനു തുല്യം വ്യാപ്തം ദ്രാവകത്തെ ആദേശം ചെയ്യുന്നു. ഇത് കുറച്ചുകൂടി വ്യക്തമാക്കാം. 100 കിലോഗ്രാം ഉള്ള ഒരു വസ്തു വെള്ളത്തിൽ ഇടുമ്പോൾ 100 കിലോ വെള്ളം സ്ഥാനം മാറുന്നു എങ്കിൽ ആ വസ്തു പൊങ്ങി കിടക്കും.  പക്ഷേ, 100 കിലോ ഉള്ള കല്ല് വെള്ളത്തിൽ ഇട്ടാൽ 100 കിലോ വെള്ളം ഉയരുന്നില്ല. പകരം ആ കല്ലിന് ഇരിക്കാൻ വേണ്ട സ്ഥലത്തെ വെള്ളം മാത്രമേ അവിടുന്ന് മാറുന്നുള്ളൂ. അത് ചിലപ്പോൾ 10 കിലോഗ്രാം  വെള്ളം മാത്രമാണെന്നു വരാം. ഒരു വസ്തുവിന് ഇരിക്കാൻ വേണ്ട സ്ഥലം ആണല്ലോ വ്യാപ്തം. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ കല്ല് മുങ്ങിക്കിടക്കും.

ഗുരുത്വാകർഷണം താഴേക്ക് ഉള്ള ബലമാണ്. ഗുരുത്വാകർഷണ ബലത്തിന് എതിർ ദിശയിലാണ് പ്ലവക്ഷമ ബലം പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. 10 കിലോ ഉള്ള ഒരു വസ്തു വെള്ളത്തിൽ ഇട്ടാൽ 10 കിലോ വെള്ളത്തെ ആ വസ്തു ആദേശം ചെയ്യുന്നു എങ്കിൽ അത് വെള്ളത്തിൽ പൊങ്ങിക്കിടക്കുന്നു.

ഒരു ഉദാഹരണം നോക്കാം. ഇരുമ്പിന്റെ സാന്ദ്രത (density)  വെള്ളത്തിന്റെ 8 ഇരട്ടി എങ്കിലും കാണും. അപ്പോൾ 8 കിലോ ഉള്ള ഇരുമ്പ് കട്ട വെള്ളത്തിൽ ഇട്ടാൽ ഒരു കിലോ വെള്ളത്തിന് മാത്രമേ സ്ഥാനമാറ്റം ഉണ്ടാവൂ. അപ്പോൾ അത് മുങ്ങിപ്പോകും. എന്നാൽ 8 കിലോ വെള്ളത്തിന് സ്ഥാനമാറ്റം ഉണ്ടാക്കാൻ പാകത്തിന് ഒരു രൂപത്തിൽ ഇരുമ്പ് കട്ടയെ മാറ്റിയാൽ അത് പൊങ്ങിക്കിടക്കും.

ലാക്ടോ മീറ്റർ, ഹൈഡ്രോ മീറ്റർ തുടങ്ങിയ ഉപകരണങ്ങൾ പ്ലവന തത്വം അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. പ്ലവന തത്വം ആവിഷകരിച്ചത് പുരാതന ഗ്രീസിലെ ഗണിത ശാസ്ത്രകാരനും ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനുമായ ആർക്കിമിഡീസ് ആണ്.

പ്ലവക്ഷമ ബലം 
പൂർണമായോ ഭാഗികമായോ മുങ്ങിക്കിടക്കുന്ന ഒരു വസ്തുവിൽ ദ്രാവകം മുകളിലേക്ക് പ്രയോഗിക്കുന്ന ബലത്തെ പ്ലവക്ഷമ ബലം എന്ന് വിളിക്കുന്നു.  ദ്രവത്തിൽ മുങ്ങി കിടക്കുന്ന വസ്തുവിൽ അനുഭവപ്പെടുന്ന മർദവ്യത്യാസമാണ് ഈ പ്രതിഭാസത്തിന് കാരണം. ദ്രവത്തിൽ താഴോട്ട് പോകും തോറും മർദം കൂടുന്നു. അതുകൊണ്ടുതന്നെ മുങ്ങിക്കിടക്കുന്ന വസ്തുവിന്റെ മുകൾഭാഗത്തെ മർദ്ദത്തെ അപേക്ഷിച്ച് കൂടിയ മർദം ആണ് വസ്തുവിന്റെ താഴെ ഉണ്ടാവുക. ഈ മർദ വ്യത്യാസമാണ് മർദം കൂടിയ ഭാഗത്ത് നിന്നും കുറഞ്ഞ ഭാഗത്തേക്കുള്ള തള്ളൽ ബലമായി മാറുന്നത്.

കിണറ്റിൽ നിന്നു തൊട്ടി ഉപയോഗിച്ച് വെള്ളം കോരുമ്പോൾ വെള്ളത്തിന് അടിയിൽ നിന്ന് വളരെ എളുപ്പം തൊട്ടി ഉയർത്താൻ കഴിയും. ഇത് പ്ലവക്ഷമ ബലം മൂലമാണ്.

ലാക്ടോ മീറ്റർ 
പാലിൽ മായം ചേർത്തിട്ടുണ്ടോ എന്നറിയാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഉപകരണമാണ് ലാക്ടോ മീറ്റർ. പ്ലവന  തത്വം അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ് ഈ ഉപകരണം പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. പാലിന് ജലത്തേക്കാൾ സാന്ദ്രത കൂടുതലുണ്ട്. ലാക്ടോ മീറ്റർ പാലിൽ പൊങ്ങിക്കിടക്കും. എന്നാൽ പാലിനെക്കാൾ സാന്ദ്രത കുറഞ്ഞ ജലാംശം പാലിൽ കൂടും തോറും ഉപകരണം മുങ്ങിപ്പോകും. ഇതിന്റെ തോത് നോക്കിയാണ് പാലിന്റെ ശുദ്ധി മനസ്സിലാക്കുന്നത്. ജലവുമായി പാലിന്റെ ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രത ആണ് ഈ ഉപകരണം കണക്കാക്കുന്നത് .

ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രത (Relative density)
ഒരു വസ്തുവിന്റെ സാന്ദ്രതയും തന്നിരിക്കുന്ന മറ്റൊരു വസ്തുവിന്റെ സാന്ദ്രതയും തമ്മിലുള്ള അനുപാതമാണ് ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രത. ദ്രാവകങ്ങളിൽ സാധാരണ ഇത് ജലത്തിന്റെ (4 ഡിഗ്രിയിൽ) സാന്ദ്രതയുമായി ഉള്ള അനുപാതത്തിൽ ആണ് കണക്കാക്കുക

ഹൈഡ്രോ മീറ്റർ
ദ്രാവകങ്ങളുടെ ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രത കണ്ടുപിടിക്കാൻ ഉള്ള ഉപകരണം. ഇതിനെ പാലിന്റെ ഗുണം അളക്കുന്നതിനായുള്ള ഉപകരണം ആക്കിയതാണ് ലാക്ടോ മീറ്റർ. അതുപോലെ പെട്രോളിയം ഉൽപന്നങ്ങൾ ഉൾപ്പടെ ധാരാളം വസ്തുക്കളുടെ ഗുണനിലവാരം കണ്ടുപിടിക്കാൻ ഉള്ള ഉപകരണമായി ഇതിനെ മാറ്റിയെടുക്കാൻ പറ്റും.