சடப்பொருளின் அடிப்படை அலகு அணு ஆகும். அணுவானது புரோத்தன், நியூத்திரன் மற்றும் இலத்திரன் ஆகிய மூன்று உப-அணுத் துணிக்கைகளால் ஆனது. அணுவின் மையப்பகுதியான கருவில் புரோத்தன்களும் நியூத்திரன்களும் காணப்படுகின்றன, அதேவேளை இலத்திரன்கள் கருவைச் சுற்றியுள்ள வெவ்வேறு சக்தி மட்டங்களில் (ஓடுகளில்) சுற்றி வருகின்றன.
இவ்வலகில் முக்கியமாக பின்வருவன கற்பிக்கப்படுகின்றன:
அணுவெண்: ஒரு அணுவின் கருவிலுள்ள புரோத்தன்களின் எண்ணிக்கை.
திணிவெண்: கருவிலுள்ள புரோத்தன் மற்றும் நியூத்திரன்களின் மொத்த எண்ணிக்கை.
இலத்திரன் நிலைஅமைப்பு: முதலாம், இரண்டாம் மற்றும் மூன்றாம் சக்தி மட்டங்களில் முறையே 2, 8, 8 என இலத்திரன்கள் நிரம்பும் முறை.
சமதானிகள்: ஒரே அணுவெண்ணையும் வேறுபட்ட திணிவெண்ணையும் கொண்ட மூலக அணுக்கள்.
இதன் மூலம் மூலகங்களின் ஆவர்த்தன அட்டவணை மற்றும் அவற்றின் இரசாயன இயல்புகளைப் புரிந்துகொள்ள முடியும்.
ஓரலகு நேரத்தில் ஒரு இரசாயனத் தாக்கத்தின் விளைபொருள் தோன்றும் வீதம் அல்லது தாக்கி நுகரப்படும் வீதம் தாக்க வீதம் எனப்படும். ஒரு தாக்கம் நடைபெறுவதற்குத் தாக்கித் துணிக்கைகளுக்கிடையே ‘பயனுள்ள மோதல்கள்’ இடம்பெறுவது அவசியமாகும்.
தாக்க வீதத்தைத் தீர்மானிக்கும் பிரதான காரணிகள் நான்கு:
தாக்கிகளின் செறிவு: செறிவு கூடும் போது துணிக்கைகளின் எண்ணிக்கை அதிகரித்து மோதல்கள் கூடும்.
தாக்கிகளின் மேற்பரப்பளவு: தூளாக்கப்பட்ட நிலையில் மேற்பரப்பு அதிகமாக இருப்பதால் தாக்கம் விரைவாக நடக்கும்.
வெப்பநிலை: வெப்பநிலை உயரும்போது துணிக்கைகளின் இயக்கசக்தி அதிகரித்து தாக்க வீதம் கூடும்.
ஊக்கிகள்: இவை தாக்கத்தின் பாதையை மாற்றி, தாக்கத்தை விரைவுபடுத்த உதவும்.
இவற்றை அன்றாட வாழ்வில் உணவைப் பாதுகாத்தல் (குளிரூட்டிப் பயன்பாடு) மற்றும் தொழிற்சாலைகளில் உற்பத்தித் திறனை அதிகரிக்கப் பயன்படுத்துகிறோம்.
அணுக்கள் தமக்கிடையே இலத்திரன்களைப் பரிமாற்றுவதன் மூலம் அல்லது பகிர்வதன் மூலம் உறுதிப்பாடான அட்டக இலத்திரன் அமைப்பைப் பெற முயற்சிப்பதே இரசாயனப் பிணைப்புக்கு அடிப்படையாகும். இதில் பிரதானமாக இரண்டு பிணைப்புகள் கற்பிக்கப்படுகின்றன:
அயன் பிணைப்பு: ஒரு உலோகம் இலத்திரனை இழந்து நேர் அயனியாகவும், ஒரு அலோகம் இலத்திரனைப் பெற்று மறை அயனியாகவும் மாறி, அவற்றுக்கிடையிலான மின்னிணைப்பு விசையினால் பிணைப்பு உருவாகும் (உதாரணம்: $NaCl$).
பங்கீட்டு வலுப் பிணைப்பு: இரண்டு அலோக அணுக்கள் தமக்கிடையே இலத்திரன் சோடிகளைப் பகிர்ந்துகொள்வதன் மூலம் உருவாகும் பிணைப்பாகும் (உதாரணம்: $H_2, O_2, H_2O$).
உயிரினங்களின் கட்டமைப்பு மற்றும் தொழிலின் அடிப்படை அலகு கலம் ஆகும். இந்த அலகில் தாவரக் கலம் மற்றும் விலங்குக்கலம் ஆகியவற்றின் பொதுவான கட்டமைப்புகள் ஆராயப்படுகின்றன. இரு கலங்களிலும் முதலுருமென்சவ்வு, கலப்பார்த்தம் (Cytoplasm), கரு ஆகிய பிரதான பகுதிகள் காணப்படுகின்றன. எனினும், தாவரக் கலங்களில் மாத்திரம் மேலதிகமாக கலச்சுவர் மற்றும் பச்சையுருமணிகள் காணப்படுவதுடன், பெரிய நடுநுகமும் உள்ளது.
கலத்தினுள் பல்வேறு தொழில்களைப் புரியும் நுண்ணங்கங்களான புன்னங்கங்கள் காணப்படுகின்றன:
மைட்டோகொண்டிரியா: கலத்தின் சக்தி நிலையம்.
கரு: கலச் செயற்பாடுகளைக் கட்டுப்படுத்துதல் மற்றும் பாரம்பரியத் தகவல்களைக் கடத்துதல்.
ரைபோசோம்: புரதத் தொகுப்பு.
கொல்கி உபகரணம்: சுரத்தல் தொழில்கள்.
இந்தக் கலங்கள் ஒன்றிணைந்து இளையங்களையும், அங்கங்களையும் உருவாக்கி சிக்கலான உயிரினக் கட்டமைப்பை ஏற்படுத்துகின்றன.
இந்த அலகில் தூரம், இடப்பெயர்ச்சி, கதி, வேகம் மற்றும் ஆர்முடுகல் போன்ற அடிப்படை கௌதிகக் கணியங்கள் அறிமுகப்படுத்தப்படுகின்றன. தூரம் என்பது ஒரு பொருள் பயணித்த பாதையின் மொத்த நீளம் (அதிசக் கணியம்) ஆகும், அதேவேளை இடப்பெயர்ச்சி என்பது ஆரம்பப் புள்ளியில் இருந்து இறுதிப் புள்ளிக்குள்ள நேர்கோட்டுத் தூரம் (தேசிகக் கணியம்) ஆகும்.
நேரத்துடன் இடப்பெயர்ச்சி மாறும் வீதம் வேகம் எனப்படும். வேகம் மாற்றமடையும் போது அங்கே ஆர்முடுகல் ஏற்படுகிறது. இவ்வியக்கங்களை விளக்க இடப்பெயர்ச்சி-நேர வரைபடம் மற்றும் வேக-நேர வரைபடங்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. வேக-நேர வரைபடத்தின் கீழான பரப்பு அப்பொருள் அடைந்த இடப்பெயர்ச்சியைத் தரும்.
நிச்சயமாக நீங்கள் தினமும் பலமுறை கதவைத் திறந்திருப்பீர்கள், அல்லது ஒரு தண்ணீர் குழாயைத் திருகியிருப்பீர்கள். மிகச் சாதாரணமாகத் தோன்றும் இந்தச் செயல்களுக்குப் பின்னால் ஒரு வியக்கத்தக்க பெளதீகவியல் ஒளிந்திருக்கிறது என்பது உங்களுக்குத் தெரியுமா?
பொதுவாக ஒரு பொருளைத் தள்ளுவது அல்லது இழுப்பது ‘விசை’ (Force) என்று நமக்குத் தெரியும். ஆனால், ஒரு விசை ஒரு பொருளைத் தள்ளுவதுடன் நின்றுவிடாமல், ஒரு குறிப்பிட்ட புள்ளியை அச்சாகக் கொண்டு அதனைச் சுழற்றவும் செய்கிறது. இதனைத்தான் பெளதீகவிய லில் “விசையின்திரும்பல்விளைவு” (Turning effect of a force) என்கிறோம். ஒரு மேசையை நகர்த்துவதை விட, ஒரு கதவைத் திறப்பதில் இருக்கும் இந்த ‘சுழற்சி’ நுட்பம் மிகவும் சுவாரசியமானது.
பிணைச்சலுக்கு அருகில் கதவைத் தள்ளுவது ஏன் கடினம்?
கதவின் ஒரு ஓரத்தில் பிணைச்சல்கள் (Hinges) இருப்பதை கவனித்திருப்பீர்கள். இதுதான் கதவின் சுழற்சிஅச்சு (Axis of rotation). இப்போது ஒரு சிறிய சோதனை செய்து பாருங்கள். கதவின் கைப்பிடி இருக்கும் பகுதியில் (புள்ளி A) கை வைத்துத் தள்ளினால் கதவு எளிதாகத் திறக்கும். அதுவே, பிணைச்சலுக்கு மிக அருகில் (புள்ளி D) கை வைத்துத் தள்ள முயன்றால், நீங்கள் மல்யுத்த வீரரைப் போல அதிக பலத்தைப் பிரயோகிக்க வேண்டியிருக்கும்.
ஏன் இந்தத் திணறல்? இங்கே ஒரு ரகசியம் இருக்கிறது: கதவு நகரத் தொடங்குவதற்குத் தேவையான “திரும்பல் விளைவு” எப்போதும் மாறாமல் இருக்கும். ஆனால், சுழற்சி அச்சிலிருந்து நீங்கள் விசை கொடுக்கும் தூரம் குறையும்போது, அதே விளைவைப் பெற நீங்கள் கொடுக்க வேண்டிய விசையின் அளவு (Magnitude of force) பலமடங்கு அதிகரிக்கிறது.
விசையின் திரும்பல் விளைவு பற்றி அறிவியல் கூறுவது இதுதான்:
“ஒரு பொருளின் மீது பிரயோகிக்கப்படும் ஒரு விசை காரணமாக ஒரு குறித்த அச்சைப் பற்றி அப்பொருள் சுழலுமெனில், அவ்வினை காரணமாக உள்ள விளைவு திரும்பல் விளைவு அல்லது விசைத் திருப்பம் எனப்படும்.”
ஏன் நீளமான கைப்பிடி வேலைகளை எளிதாக்குகிறது? (The Math of Torque)
விசைத் திருப்பம் (Moment of Force) என்பதை ஒரு எளிய சூத்திரம் மூலம் நாம் கணக்கிடலாம்:
விசைத்திருப்பம்= F x d
இதன் சர்வதேச அலகு ‘N m’ (நியூட்டன்மீட்டர்) ஆகும்.
இரண்டு கைகளை பயன்படுத்துவதில் இருக்கும் ரகசியம்! (The Secret of Force Couples)
ஒரு பொருளைச் சுழற்ற ஒரே ஒரு விசையைப் பயன்படுத்துவதை விட, ‘விசைஇணை’ (Couple) எனப்படும் முறையைப் பயன்படுத்துவது மிகவும் சிறந்தது. அது என்ன விசை இணை? ஒரு பொருளின் மீது எதிர் எதிர் திசைகளில் செயல்படும் இரு சமமான விசைகளே விசை இணை எனப்படும்.
இதில் ஒளிந்திருக்கும் பெளதீகவியல் “ரகசியம்” என்னவென்றால், விசை இணையைப் பயன்படுத்தும்போது அந்தப் பொருளின் மீது செயல்படும் விளைவுள்விசை (Resultant force) பூச்சியமாகும். இதனால் அந்தப் பொருள் ஒரு பக்கமாக இழுக்கப்படாமல் (Sideways movement), ஒரே இடத்தில் சீராகச் சுழலும். உதாரணமாக, ஒரு தண்ணீர் குழாயை (Tap) ஒரே விரலால் தள்ளுவதை விட, இரு விரல்களால் பிடித்துத் திருகும்போது பாதி அளவு விசை (F/2) கொடுத்தாலே போதுமானது.
அன்றாடவாழ்வில்விசைஇணை:
நீர்த்திருகுபிடியைத் (Tap) திறத்தல்: இரு விரல்களால் எதிர் திசைகளில் விசை கொடுக்கிறோம்.
வாகனத்தின்செலுத்துச்சக்கரம் (Steering wheel): ஓட்டுநர் இரு கைகளால் சக்கரத்தைச் சீராகச் சுழற்ற இது உதவுகிறது.
திருகாணிச் செலுத்தி (Screwdriver): கைப்பிடியின் இரு பக்கங்களிலும் விசை செயல்பட்டு திருகாணியைச் சுழற்றுகிறது.
நிஜ உலகப் பயன்பாடுகள்: ஒரு சுருக்கப் பார்வை
இந்த ‘விசைத் திருப்பம்’ கொள்கை இல்லாமல் நம் அன்றாட இயந்திரங்கள் இயங்குவது கடினம்:
மிதிவண்டி: நீங்கள் மிதிவண்டியின் மிதிப்பலகையில் (Pedal) விசை கொடுக்கும்போது, அது சுழற்சி அச்சிலிருந்து (Pedal crank) ஒரு குறிப்பிட்ட தூரத்தில் இருப்பதால் சக்கரம் எளிதாகச் சுழல முடிகிறது.
கைவண்டி (Wheelbarrow): அதிக எடையுள்ள பொருட்களைச் சுமக்கும்போது, நீண்ட கைப்பிடிகள் சுழற்சி அச்சிலிருந்து தூரத்தை அதிகரிப்பதன் மூலம் நாம் கொடுக்கும் விசையை அதிக விசைத் திருப்பமாக மாற்றுகின்றன.
திருகுஆணிகழற்றும்சாவி (Wrench): துருப்பிடித்த ஆணிகளைக் கழற்றும்போது அதன் நீளமான கைப்பிடி ஒரு ‘லிவர்’ போலச் செயல்பட்டு அதிக விசைத் திருப்பத்தை உருவாக்குகிறது.
பெளதீகவியல் என்பது ஏதோ புத்தகத்தில் இருக்கும் பாடமல்ல; அது நாம் கதவைத் திறப்பதிலும், மிதிவண்டி ஓட்டுவதிலும் கலந்திருக்கிறது. விசையின் அளவு மற்றும் அது செயல்படும் தூரம் ஆகியவற்றைச் சரியாகப் பயன்படுத்தினால், கடினமான வேலைகளையும் மிக எளிதாகச் செய்ய முடியும். அடுத்த முறை நீங்கள் ஒரு கதவைத் திறக்கும்போதோ அல்லது தண்ணீர் குழாயைத் திருகும்போதோ, அங்கே செயல்படும் ‘விசைத் திருப்பத்தை’ கவனிப்பீர்களா?
இப்பாடாலகு முழுவதற்குமான விளக்க வீடியோ மற்றும் PDF பயிற்சி வினாக்களை கீழே காணலாம்.
