कक्षा बनेगी कर्लिंग रिंक!? ड्राई आइस के साथ महसूस करें ‘ज़ीरो घर्षण’ का भौतिक विज्ञान (जड़त्व का नियम)

मैं हूँ विज्ञान ट्रेनर केन कुवाको। हर दिन एक प्रयोग है।

कल्पना कीजिए, अगर दुनिया से ‘घर्षण’ (फ्रिक्शन) गायब हो जाए, तो चीज़ें कैसे हिलेंगी? पाठ्यपुस्तकों में एक नियम है, ‘जड़ता का नियम’ (Law of Inertia)। इस नियम के अनुसार, जब तक किसी वस्तु पर कोई बल न लगाया जाए, तब तक वह हमेशा एक ही गति से सीधी रेखा में चलती रहेगी। लेकिन, इस नियम को महसूस करना (अनुभव करना) काफी मुश्किल होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि पृथ्वी पर हमेशा ‘घर्षण बल’ (Frictional Force) नाम का एक रुकावट (बाधा) डालने वाला मौजूद रहता है।

आमतौर पर, स्कूल की कक्षाओं में खास स्लाइडिंग प्लेटफॉर्म का इस्तेमाल किया जाता है, लेकिन छात्रों को यह अक्सर ‘सिर्फ़ लैब में होने वाला कोई ख़ास वाकया’ जैसा महसूस होता है। साथ ही, सभी समूहों के लिए महँगे उपकरण (उपकरणों) का इंतज़ाम करना बजट के हिसाब से मुश्किल होता है। इसलिए, मैं आपको ‘ड्राई आइस’ का उपयोग करके किए जाने वाले प्रयोग की सलाह देता हूँ। वही ड्राई आइस, जो आपको सुपरमार्केट या केक की दुकानों पर मिलती है, वह भौतिक विज्ञान के नियमों को बदलने वाला एक जादुई सामान बन सकती है।

ड्राई आइस ‘होवरक्राफ्ट’ कैसे बन जाती है?

ड्राई आइस असल में कार्बन डाइऑक्साइड को ठंडा करके जमाया हुआ रूप है। जब इसे सामान्य तापमान वाले कमरे में रखा जाता है, तो यह तरल बने बिना सीधे गैस में बदल जाती है—इस घटना को ‘उर्ध्वपातन’ (Sublimation) कहते हैं। ऐसे में, ड्राई आइस और मेज़ के बीच क्या होता है? ड्राई आइस के निचले हिस्से से तेज़ी से निकलती हुई कार्बन डाइऑक्साइड गैस, मेज़ के ऊपर गैस की एक पतली परत बना लेती है।

इसका मतलब है कि ड्राई आइस, अपनी ही बनाई हुई गैस की वजह से, हवा में थोड़ा सा तैरने लगती है। यह ठीक उसी सिद्धांत पर काम करता है जिस पर हवा की शक्ति से ऊपर उठने और आगे बढ़ने वाला ‘होवरक्राफ्ट’ काम करता है।

हवा में तैरने की वजह से, मेज़ के साथ घर्षण (फ्रिक्शन) लगभग खत्म हो जाता है। जब आप इसे अपनी उंगली से हल्का सा धक्का देते हैं, तो यह ठीक वैसे ही फिसलती है जैसे किसी शून्य-गुरुत्वाकर्षण (Zero-Gravity) वाली जगह पर फिसलती है। यह नज़ारा बहुत शानदार होता है! आइए, आज हम इस घटना का इस्तेमाल करके खेल-खेल में ‘समान वेग सीधी रेखा गति’ (Uniform Rectilinear Motion) के बारे में सीखें।

विज्ञान की रेसिपी (प्रयोग के लिए ज़रूरी चीज़ें)

ज़रूरी सामान: लगभग 1 किलोग्राम ड्राई आइस, हर समूह के लिए एक iPad

※ ड्राई आइस के लिए, मेरा सुझाव है कि आप अपने आस-पास की आइसक्रीम की दुकानें या बर्फ़ बेचने वालों की जाँच करें। मैं आसाही आइस इंडस्ट्रीज़ (Asahi Ice Industries) से डील करता हूँ।http://www.icenet.or.jp/asahi/

पुरानी तरह की बर्फ़ की दुकानों पर, आप 1 किलोग्राम ड्राई आइस खरीद सकते हैं। इसकी कीमत लगभग 500 येन होगी। हालांकि, अब सुविधा के लिए यह Amazon पर भी उपलब्ध है।

【शिक्षकों के लिए नोट】 1 किलोग्राम ड्राई आइस फ़्रीज़र में रखने पर भी तेज़ी से उर्ध्वपातित (Sublimate) होती रहती है, और लगभग 2 दिनों में ख़त्म हो जाएगी। इसलिए, इसे ख़रीदते समय, कोशिश करें कि यह उस दिन आपके पास पहुँचे जब आपकी एक से ज़्यादा क्लास हों। यही इसका इस्तेमाल करने का सबसे अच्छा तरीका है।

प्रयोग का तरीका: घर्षण-मुक्त दुनिया का अनुभव करें

① ड्राई आइस को लगभग 5 सेंटीमीटर के क्यूब्स (टुकड़ों) में तोड़ लें और हर समूह को दें (इसे हथौड़े आदि से तोड़कर)। आकार थोड़ा-बहुत अलग हो तो भी चलेगा।

② अब इसे एक समतल (सपाट) मेज़ पर फिसला कर देखें। 【गुप्त ट्रिक】 अगर उपलब्ध हो, तो ड्राई आइस के निचले हिस्से पर एथिल अल्कोहल स्प्रे करें और इसे गीला करने के बाद प्रयोग करें, यह और भी ज़्यादा आसानी से फिसलेगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि अल्कोहल जमने में मुश्किल होता है, जिससे यह एक चिकनी परत (फ़िल्म) बना देता है।

स्स्स…

स्स्सस्स…

वास्तविक गति (चलने का तरीका) देखने के लिए, कृपया यह वीडियो ज़रूर देखें। यह इतनी आसानी से फिसलता है कि आपको मज़ा आ जाएगा।

③ आइए, हम आधुनिक तकनीक का भी उपयोग करें। iPad का इस्तेमाल करके स्टॉप-मोशन ऐप (Stop-Motion App) या किसी अन्य ऐप से इसकी रिकॉर्डिंग करें।

अगली तस्वीरें वास्तव में छात्रों द्वारा ली गई हैं। आप साफ़-साफ़ देख सकते हैं कि वस्तुएँ बराबर-बराबर दूरी पर कैप्चर हुई हैं, जिसका मतलब है कि उनकी ‘गति नहीं बदल रही है (समान वेग)’ और वे ‘सीधी रेखा में आगे बढ़ रही हैं (सीधी रेखा गति)’। यह बात तुरंत समझ में आ जाती है।

साथ ही, ड्राई आइस कर्लिंग भी खेलें!

पढ़ाई के बाद, आइए अब खेल में विज्ञान को खोजें। आपने इतनी मेहनत से जो ड्राई आइस तैयार की है, उसे सिर्फ़ प्रयोग तक ही सीमित रखना सही नहीं है। आइए, अपनी क्लास को एक कर्लिंग रिंक में बदल दें!

ज़रूरी सामान:

ड्राई आइस, विनाइल टेप, हथौड़ा, दस्ताने (Glove)

तरीका：

① मेज़ पर विनाइल टेप चिपकाकर एक निशाना (टारगेट) बनाएँ। यह कर्लिंग के ‘हाउस’ (गोल घेरे) की जगह लेगा।

आइए, शुरुआत का पॉइंट (स्टार्टिंग पॉइंट) भी बनाएँ।

② हथौड़े का इस्तेमाल करके ड्राई आइस को एक सही साइज़ में तोड़ लें।

【सुरक्षा निर्देश】 इस काम के दौरान हमेशा दस्ताने ज़रूर पहनें। ड्राई आइस का तापमान माइनस 79 डिग्री सेल्सियस होता है, जो बहुत ठंडा है। इसे नंगे हाथों से छूने पर फ्रॉस्टबाइट (Frostbite) हो सकता है। अगर आप बच्चों के साथ यह प्रयोग कर रहे हैं, तो किसी वयस्क (Adult) का साथ होना ज़रूरी है।

③ दस्ताने पहनकर ड्राई आइस को स्टार्टिंग लाइन से फिसलाएँ। बीच के घेरे (लाल टेप के अंदर) में आने पर 100 पॉइंट और बाहर के घेरे में आने पर 50 पॉइंट दिए जाएँगे। 5 बार फिसलाकर, कुल पॉइंट्स के लिए मुक़ाबला करें।

सिर्फ़ ज़ोर लगाने की मात्रा से ही यह कभी बहुत दूर निकल जाएगा या कभी निशाना तक नहीं पहुँचेगा। आपको ‘जड़ता’ (Inertia) और ‘मामूली घर्षण’ (Slight Friction) के बीच की खींचतान को खुद महसूस करने का मौका मिलेगा।

पूछताछ और अनुरोध के बारे में

विज्ञान के अजूबों और मज़े को अपने और करीब लाएँ! हमने घर पर किए जा सकने वाले मजेदार वैज्ञानिक प्रयोगों और उनकी ट्रिक्स को आसान भाषा में समझाया है। कृपया अलग-अलग चीज़ें खोजकर देखें! ・’विज्ञान के नुस्खे’ (Science Tips) किताब के रूप में आ गया है। ज़्यादा जानकारी के लिए यहाँ क्लिक करें ・ब्लॉग चलाने वाले केन कुवाको के बारे में जानने के लिए यहाँ क्लिक करें ・किसी भी तरह के अनुरोध (जैसे लेखन, भाषण, प्रयोग कक्षाएँ, टीवी पर्यवेक्षण और प्रस्तुति आदि) के लिए यहाँ क्लिक करें ・लेख अपडेट की जानकारी X पर उपलब्ध है!

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６月のイチオシ実験！

レモンやオレンジで風船を割ろう！インパクトが抜群のリモネン風船の実験

テレビ番組監修・イベント等のお知らせ

• ６月３日（水）20:30〜　「バカリズムのちょっとバカりハカってみた！」（テレビ東京）を科学監修・出演します。テーマは「そばの出前は何人前まで運べるのか、限界を測ってみた」です。　
• ６月４日(木)　7:00〜　「THE突破ファイル」（日本テレビ）について科学監修しました。
• 6月14日（日）　千葉大学インスタレーション「探究」にて講師を務めます
• 6月26日（金）　公開研究会「脱作業化！デジタル化と段階的指導で実現する オームの法則の探究」
• ６月28日（日）　ダビンチマスターズ＠昭和女子
• 7月18日（土）　教員向け実験講習会「ナリカカサイエンスアカデミー」の講師をします。お会いしましょう。

書籍のお知らせ

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