இயந்திரவியல் மற்றும் பொருட்களின் பண்புகள்
பொருட்களின் இயக்கம், அவற்றின் மீது செயல்படும் விசைகள், திரவங்கள் மற்றும் வாயுக்களின் நடத்தை ஆகியவற்றை விளக்கும் இயற்பியல் பிரிவு இயந்திரவியல் (Mechanics) ஆகும். பருப்பொருளின் (Matter) அடர்த்தி, அழுத்தம், மீட்சித்தன்மை, பரப்பு இழுவிசை மற்றும் பாகுநிலை போன்ற பண்புகளும் இங்கு ஆராயப்படுகின்றன. இவை அன்றாட வாழ்வில் நீரில் மிதத்தல், அழுத்தமானி (Hydraulic) இயந்திரங்கள், விமானம் பறத்தல் போன்ற பல நிகழ்வுகளை விளக்குகின்றன.
அடிப்படைக் கருத்துகள்
- அடர்த்தி (Density): ஒரு பொருளின் ஓரலகு கனஅளவில் அமைந்துள்ள நிறை. அடர்த்தி = நிறை / கனஅளவு (ρ = m/V). SI அலகு — கி.கி/மீ³ (kg/m³).
- தொடர்புசார் அடர்த்தி (Relative Density): ஒரு பொருளின் அடர்த்திக்கும் நீரின் அடர்த்திக்கும் உள்ள விகிதம். இதற்கு அலகு இல்லை. நீரின் அடர்த்தி = 1000 kg/m³ (4°C-ல் அதிகபட்சம்).
- அழுத்தம் (Pressure): ஓரலகு பரப்பளவில் செங்குத்தாகச் செயல்படும் விசை. அழுத்தம் = விசை / பரப்பளவு (P = F/A). SI அலகு — பாஸ்கல் (Pascal, Pa); 1 Pa = 1 N/m².
- மீட்சித்தன்மை (Elasticity): செலுத்தப்பட்ட விசை நீக்கப்பட்டதும் பொருள் தன் அசல் வடிவத்திற்குத் திரும்பும் பண்பு.
அழுத்தம் தொடர்பான விதிகள்
- பாஸ்கல் விதி (Pascal's Law): ஓர் அடைபட்ட திரவத்தின் மீது செலுத்தப்படும் அழுத்தம், திரவத்தின் எல்லாப் பகுதிகளுக்கும் சமமாகப் பரவும். இதன் அடிப்படையில் அழுத்தமான பிரேக், ஹைட்ராலிக் லிஃப்ட் இயங்குகின்றன.
- ஆர்க்கிமிடிஸ் தத்துவம் (Archimedes' Principle): ஒரு பொருள் முழுவதும்/பகுதியாக ஒரு திரவத்தில் மூழ்கும்போது, அது இடம்பெயர்த்த திரவத்தின் எடைக்குச் சமமான மேல்நோக்கிய மிதவை விசையை (Buoyant Force / Upthrust) இழக்கும். மிதத்தல் விதியின் (Law of Floatation) அடிப்படை இதுவே.
- பெர்னௌலி தத்துவம் (Bernoulli's Principle): பாயும் திரவத்தின் வேகம் அதிகரிக்கும்போது அதன் அழுத்தம் குறையும். விமானச் சிறகின் தூக்கு விசை (Lift), ஸ்பின் பந்து வளைதல் ஆகியவை இதன் விளைவுகள்.
பருப்பொருளின் பிற பண்புகள்
- பரப்பு இழுவிசை (Surface Tension): திரவத்தின் மேற்பரப்பு ஓர் இழுபட்ட சவ்வு போல் செயல்படும் பண்பு. நீர்த்துளி கோள வடிவம் பெறுதல், சிறு பூச்சிகள் நீரில் நடத்தல் இதன் விளைவே. வெப்பநிலை அதிகரிக்க பரப்பு இழுவிசை குறையும். SI அலகு — N/m.
- பாகுநிலை (Viscosity): திரவம் பாய்வதை எதிர்க்கும் உள் உராய்வுப் பண்பு. தேன், எண்ணெய் அதிக பாகுநிலை கொண்டவை. வெப்பநிலை அதிகரிக்க திரவங்களின் பாகுநிலை குறையும்.
- நுண்புழைவு / கேசத்துவம் (Capillarity): மெல்லிய குழாயில் திரவம் தானாக மேலேறுதல்/இறங்குதல். மண்ணெண்ணெய் திரியில் ஏறுதல், தாவரத்தில் நீர் ஏறுதல் இதன் விளைவு.
அன்றாடப் பயன்பாடுகள்
- கப்பல்கள் இரும்பால் ஆனாலும் மிதப்பது — அவை இடம்பெயர்க்கும் நீரின் எடை, கப்பலின் எடைக்கு அதிகம் (ஆர்க்கிமிடிஸ்).
- ஹைட்ராலிக் பிரேக், கார் லிஃப்ட் — பாஸ்கல் விதி.
- விமானம் பறத்தல், அட்டோமைசர் (தெளிப்பான்) — பெர்னௌலி தத்துவம்.
- சோப்பு நீர் குமிழியாக உருவாதல், நீரில் எண்ணெய் பரவுதல் — பரப்பு இழுவிசை.
தேர்வுக் குறிப்புகள் (Exam Points)
| அளவு | சூத்திரம் | SI அலகு |
|---|---|---|
| அடர்த்தி (Density) | ρ = m/V | kg/m³ |
| அழுத்தம் (Pressure) | P = F/A | பாஸ்கல் (Pa) |
| பரப்பு இழுவிசை | — | N/m |
| மிதவை விசை (Upthrust) | — | நியூட்டன் (N) |
- ஆர்க்கிமிடிஸ் தத்துவம், மிதவை விசை ஆகியவற்றைக் கண்டறிந்தவர் — ஆர்க்கிமிடிஸ் (Archimedes).
- பாஸ்கல் விதியின் தந்தை — பிளேஸ் பாஸ்கல் (Blaise Pascal); அழுத்தத்தின் அலகு அவர் பெயரால் "பாஸ்கல்".
- வளிமண்டல அழுத்தம் கடல்மட்டத்தில் = 1.013 × 10⁵ Pa (≈ 1 அட்மாஸ்பியர் = 760 mm பாதரசம்). வளிமண்டல அழுத்தத்தை அளக்கும் கருவி — காற்றழுத்தமானி (Barometer); கண்டுபிடித்தவர் — டோரிசெல்லி (Torricelli).
- நீர் 4°C-ல் அதிக அடர்த்தி கொண்டது (1000 kg/m³); இது நீரின் "முரண்பாடான விரிவு" (Anomalous Expansion).
- பாதரசத்தின் அடர்த்தி ≈ 13,600 kg/m³ — எனவே காற்றழுத்தமானியில் பயன்படுகிறது.
- மீட்சித்தன்மையில் இரும்பு, ரப்பரை விட அதிக மீட்சியுள்ளது (Young's modulus அதிகம்).