NASA का चौंकाने वाला प्रयोग! पंख और लोहे की गेंद एक साथ गिरते हैं — गैलीलियो को भी हैरान करने वाला ‘गिरावट का नियम’
नमस्ते! मैं हूँ कुवाको केन, आपका साइंस ट्रेनर। मेरे लिए हर दिन एक नया प्रयोग है।
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सोचिए, आपके हाथ से अचानक स्मार्टफोन फिसलकर गिर जाता है। उस एक पल की छोटी सी घटना में अगर ब्रह्मांड को चलाने वाला एक महान नियम छिपा हो, तो क्या आप रोमांचित नहीं होंगे? न्यूटन ने पेड़ से गिरते सेब को देखकर “गुरुत्वाकर्षण के नियम” की खोज की थी, यह कहानी तो जगजाहिर है। लेकिन हमारे सामने रोज होने वाली इस “चीजों के गिरने” की साधारण सी घटना में आज भी ऐसी कई बातें छिपी हैं जो हमें हैरान कर देती हैं।चलिए, एक छोटा सा क्विज़ खेलते हैं। अगर एक कागज का टुकड़ा और एक भारी पत्थर एक साथ हाथ से छोड़े जाएं, तो जमीन पर पहले कौन पहुंचेगा? आप शायद सोच रहे होंगे, “जाहिर है, भारी पत्थर ही पहले गिरेगा!” अगर ऐसा है, तो भौतिक विज्ञान (Physics) की जादुई दुनिया में आपका स्वागत है।सच तो यह है कि आपकी यह “आम समझ” एक खास स्थिति में जादू की तरह गलत साबित हो सकती है। आज हम आपको रोजमर्रा की जिंदगी में छिपे विज्ञान के रहस्य यानी “गिरने की गति” (Motion under Gravity) की सैर पर ले चलेंगे।
अपनी सोच को चुनौती दें! गैलीलियो और “गिरने का रहस्य”
आज से 400 साल पहले, महान वैज्ञानिक गैलीलियो गैलीली के मन में भी ठीक यही सवाल उठा था। उस दौर में लोग 2000 सालों से अरस्तू की इस बात पर यकीन करते थे कि “भारी चीजें हल्की चीजों की तुलना में तेजी से गिरती हैं।”लेकिन गैलीलियो ने लीक से हटकर सोचा। उन्होंने तर्क दिया, “अगर हवा का कोई रुकावट न हो, तो हर चीज अपने वजन की परवाह किए बिना एक ही रफ्तार से गिरेगी।” इस बात को साबित करने के लिए उन्होंने पीसा की झुकी हुई मीनार से अलग-अलग वजन की गेंदें गिराईं और सबको हैरान कर दिया। (हालांकि कुछ लोग इसे सिर्फ एक विचार प्रयोग मानते हैं, पर इसकी रोमांचक भावना आज भी वैसी ही है!)”लेकिन रुकिए, अगर मैं असल में एक पंख और एक बॉल गिराऊं, तो बॉल ही पहले गिरेगी ना?”बिल्कुल सही! क्योंकि हमारे चारों ओर “हवा का प्रतिरोध” (Air Resistance) नाम का एक अदृश्य ब्रेक होता है। हल्का पंख हवा के कणों से टकराकर धीरे-धीरे नीचे आता है, जबकि भारी बॉल हवा को चीरते हुए निकल जाती है। पर क्या होगा अगर हम इस “हवा” को ही हटा दें?
NASA ने किया साबित! निर्वात (Vacuum) में पंख और लोहा साथ गिरते हैं
ब्रिटिश ब्रॉडकास्टर BBC ने NASA की एक विशाल सुविधा का उपयोग करके वह प्रयोग किया जो विज्ञान प्रेमियों के लिए किसी सपने जैसा था। यह प्रयोग दुनिया के सबसे बड़े “वैक्यूम चैंबर” में किया गया, जहाँ से हवा के एक-एक कण को बाहर निकालकर चंद्रमा जैसा वातावरण बनाया जा सकता है। पहले जब हवा मौजूद थी, तो भारी लोहे की गेंद तेजी से गिरी और पंख लहराते हुए पीछे रह गया। लेकिन जब पंप चलाकर वहां पूरी तरह निर्वात (Vacuum) बना दिया गया और फिर दोनों को साथ छोड़ा गया, तो…
https://youtu.be/E43-CfukEgs?si=FcopVUJoByNEwj0Qनजारा अविश्वसनीय था! वो हल्का सा पंख और भारी लोहे की गेंद, मानो एक-दूसरे का हाथ थामे हुए, बिल्कुल एक साथ जमीन पर उतरे। यह भौतिक विज्ञान की उस सच्चाई का जीता-जागता सबूत था कि “सभी वस्तुएं समान रूप से त्वरित होती हैं।” चलिए, अब इस खूबसूरत “गिरने की गति” को गणित के कुछ जादुई शब्दों (सूत्रों) से समझते हैं।
गणित के साथ रोमांच! गिरने के दो मुख्य तरीके
चीजें इसलिए गिरती हैं क्योंकि पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण उन्हें लगातार अपनी ओर खींचता है। इस दौरान वस्तु की गति एक निश्चित दर से बढ़ती जाती है। इसे हम “गुरुत्वीय त्वरण” (Acceleration due to gravity) कहते हैं और इसे $g$ से दर्शाते हैं। पृथ्वी पर इसका मान लगभग 9.8m/s^2 है। इसका मतलब है कि “हर बीतते सेकंड के साथ, रफ्तार 9.8m/s बढ़ जाती है।” अगर हमें यह नियम पता है, तो हम भविष्य में उसकी गति और दूरी का अंदाजा पहले ही लगा सकते हैं।
पैटर्न 1: मुक्त पतन (Free Fall – बस हाथ से छोड़ देना)
सबसे पहले बात करते हैं उस स्थिति की जब आप किसी चीज को बस हाथ से छोड़ देते हैं। यहाँ शुरुआती रफ्तार (Initial velocity) 0 होती है। मान लीजिए, एक छोटी गेंद को एक ऊंचे पेड़ से धीरे से छोड़ा गया और वह 2.0 सेकंड में जमीन पर पहुँच गई। तो उस पेड़ की ऊंचाई कितनी होगी?
इसके लिए हम दूरी का सूत्र इस्तेमाल करेंगे। चलिए t=2.0 सेकंड और g=9.8m/s^2 की वैल्यू रखते हैं।
पेड़ की ऊंचाई लगभग 20 मीटर निकली! यह एक 5 या 6 मंजिला इमारत जितनी ऊंचाई है।
पैटर्न 2: नीचे की ओर फेंकना (Vertical Throw – जोर से फेंकना)
अब बात करते हैं जब आप किसी चीज को नीचे की तरफ “धक्का” देकर फेंकते हैं। मान लीजिए आपने 5.0 m/s की शुरुआती रफ्तार से किसी चीज को नीचे फेंका, तो 2.0 सेकंड बाद उसकी गति और तय की गई दूरी क्या होगी?
यहाँ शुरुआती रफ्तार 5.0m/s भी जुड़ जाएगी। पहले 2.0 सेकंड बाद की गति निकालते हैं।
अगर इसे प्रति घंटे की रफ्तार में बदलें, तो यह लगभग 90km/h होगी! यह हाईवे पर दौड़ती कार जितनी तेज है। अब देखते हैं कि इन 2.0 सेकंड में इसने कितनी दूरी तय की।
सिर्फ छोड़ने की तुलना में, जोर से फेंकने पर यह 10 मीटर ज्यादा दूर तक गई। गणित के इस्तेमाल से विज्ञान की ये घटनाएं हमारी आंखों के सामने साफ हो जाती हैं।
वैसे, NASA के उस प्रयोग में उस बड़े चैंबर को वैक्यूम बनाने में ही 3 घंटे का समय लगा था। विज्ञान की सच्चाई खोजने के इस जुनून को सलाम! अपोलो मिशन के दौरान चंद्रमा पर किए गए “हथौड़े और पंख” के प्रयोग का वीडियो भी आपको जरूर देखना चाहिए।
https://phys-edu.net/wp/?p=33844
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