ಪುಟ್ಟ ಬಾಟಲಿಯೊಳಗೆ ಅಡಗಿದ 'ಮಹಾ' ವಿಜ್ಞಾನ : ಒಂದು ನಳಿಕೆ, ನೂರು ಪ್ರಶ್ನೆಗಳು!

  ಪುಟ್ಟ ಬಾಟಲಿಯೊಳಗೆ ಅಡಗಿದ 'ಮಹಾ' ವಿಜ್ಞಾನ : 
 ಒಂದು ನಳಿಕೆ, ನೂರು ಪ್ರಶ್ನೆಗಳು!

       

 ಲೇಖಕರು : ರಾಮಚಂದ್ರ ಭಟ್‌ ಬಿ.ಜಿ.

ವಿಜ್ಞಾನ ಅಂದಾಕ್ಷಣ ನಮಗೆ ನೆನಪಾಗುವುದು ಬೃಹತ್ ಪ್ರಯೋಗಾಲಯಗಳು, ದುಬಾರಿ ಉಪಕರಣಗಳು ಅಥವಾ ಸಂಕೀರ್ಣ ಸೆನ್ಸರ್‌ಗಳು. ಆದರೆ, ಎಲ್ಲಾ ಸಂದರ್ಭಗಳಲ್ಲೂ ಇದು ನಿಜವಾಗಿರಬೇಕಿಲ್ಲ. ವಿಜ್ಞಾನ ಬೋಧನೆ ಮತ್ತು ಕಲಿಕೆಗೆ ನಾವು ಸರಳ ಪರಿಕರಗಳನ್ನೇ ಬಳಸಬಹುದು.  ಇನ್‌ಸ್ಪೈರ್‌ ‌ ಅವಾರ್ಡ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಸರಳ ಮತ್ತು ನಾವೀನ್ಯಯುತ ಹೊಳಹಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆದ್ಯತೆ ಇದೆ ಎನ್ನುವುದನ್ನು ಇಲ್ಲಿ ಸ್ಮರಿಸಿಕೊಳ್ಳಬೇಕು. ವಿಜ್ಞಾನದ ಅನೇಕ ತತ್ವಗಳು ನಮ್ಮ ಸುತ್ತಲಿನ ಸರಳ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿಮತ್ತು ಅವುಗಳನ್ನು ನಾವು ನೋಡುವ ದೃಷ್ಟಿಕೋನದಲ್ಲಿ ಅಡಗಿವೆ. 

ಇದು ನಾನು ಅಂದು ನನ್ನ ತರಗತಿಯಲ್ಲಿ ಬಳಸಿದ ಒಂದು ಸರಳ ಕಲಿಕೋಪಕರಣ!!! ತರಗತಿಯಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿಯೊಬ್ಬ ಕುತೂಹಲದಿಂದ ಕೇಳಿದ –“ಸರ್‌, ಇದರಲ್ಲಿ ನೀರು ತಾನಾಗಿಯೇ ಮೇಲಕ್ಕೆ ಏರುತ್ತದೆಯೇ ?” ಪುಟ್ಟ ಪ್ರಶ್ನೆ, ಒಂದು ಅದ್ಭುತ ಕಲಿಕಾ ಪ್ರಯೋಗಕ್ಕೆ ನಾಂದಿ ಹಾಡಿತು. ಈ ಪ್ರಶ್ನೆಗೆ ಉತ್ತರಿಸಲು ನಮಗೆ ಬೇಕಾಗಿದ್ದು ಕೇವಲ ಮೂರು ವಸ್ತುಗಳು ಎಂದರೆ, 

1. ಒಂದು ಪುಟ್ಟ ಗಾಜಿನ ಬಾಟಲಿ (10 mL).
2. ಒಂದು ಕಿರು ವ್ಯಾಸದ ನಳಿಕೆ ( ಖಾಲಿಯಾದ ರಿಫಿಲ್‌)
3. ಆಕರ್ಷಣೆಗಾಗಿ ಮತ್ತು ಕುತೂಹಲ ಹೆಚ್ಚಿಸಲು - ಬಣ್ಣದ ನೀರು.

ಒಂದು ಗಾಜಿನ ಬಾಟಲಿಗೆ ರಬ್ಬರ್ ಮುಚ್ಚಳ ಹಾಕಿ, ಅದರ ಮಧ್ಯದಲ್ಲಿ ಒಂದು ತೆಳುವಾದ ನಳಿಕೆಯನ್ನು ತೂರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಬಾಟಲಿಯೊಳಗೆ ಸ್ವಲ್ಪ ಕೆಂಪು ಬಣ್ಣದ ನೀರಿದೆ. ಈ ಸರಳ ಮಾದರಿಯು ವಿಜ್ಞಾನದ  ಹತ್ತಾರು ಅಧ್ಯಾಯಗಳನ್ನು ಜೀವಂತಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ!!! ಅಂದು JNCASRನಲ್ಲಿ  ನಡೆದ ಶಿಕ್ಷಕರ ತರಬೇತಿಯಲ್ಲಿ ಹಿರಿಯರಾದ ಪ್ರಭುಮಠರೂ ಇದೇ ಪುಟ್ಟ ಕಲಿಕೋಪಕರಣವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿದ್ದರು.  

ಈ ಪುಟ್ಟ ಬಾಟಲಿಯು ಅನೇಕ 'ದೊಡ್ಡ' ಪಾಠಗಳನ್ನೇ ಕಲಿಸೀತು !

ಬಾಟಲಿಯಲ್ಲಿ ಅರ್ಧದಷ್ಟು ಬಣ್ಣದ ನೀರು ತುಂಬಿ ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿಯೊಬ್ಬನ ಕೈಗಿಟ್ಟೆ.ಆತ ಬಾಟಲಿಯನ್ನು ಅಂಗೈಯಲ್ಲಿ ಹಿಡಿದುಕೊಂಡ. ಕೆಲವೇ ಕ್ಷಣಗಳಲ್ಲಿ ನೀರು ನಳಿಕೆಯ ಮೂಲಕ ಮೇಲೇರಿ ತುದಿಗೆ ಬರುತ್ತಿದ್ದಂತೆ ಮಕ್ಕಳಲ್ಲಿ ಖುಷಿಯ ಕೇಕೆ, ಕಲರವ!! ಈಗ ಅದರ ಮೇಲೆ ತಣ್ಣೀರು ಸುರಿದೆ. ತಕ್ಷಣವೇ ನೀರಿನ ಮಟ್ಟ ಕೆಳಕ್ಕಿಳಿಯಿತು!!

ಜ್ವರದಿಂದ ಮಂಕಾಗಿ ನಿರಾಸಕ್ತಿಯಿಂದ ಕುಳಿತಿದ್ದ ಬಾಲಕಿಯನ್ನು ಈಗ ಕರೆದು ಪ್ರೋತ್ಸಾಹಿಸಿದೆ. ಆಕ ಕೈಯಿಂದ ಬಾಟಲಿಯನ್ನು  ಅವುಚಿ ಹಿಡಿಯುತ್ತಿದ್ದಂತೆ ನೀರು ಹಿಂದಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ವೇಗವಾಗಿ ಮೇಲೇರಿತು!!! ಓಹೋ ನಿನ್ನ ಜ್ವರ ನೀರಿನ ಜೊತೆ ಓಡೋಯ್ತು ಅನ್ನುತ್ತಾ ಆಕೆ ಚಟುವಟಿಕೆಯಿಂದ ಇರುವಂತೆ ಮಾಡಿದೆ.

ಇಲ್ಲಿ ಗಾಳಿ ಮತ್ತು ನೀರಿನ ನಡುವಿನ ಜುಗಲ್‌ಬಂದಿಯನ್ನು ನೀವು ನೋಡಿದಿರಿ.

ಪೂರ್ಣ ನೀರು ತುಂಬಿದ್ದಾಗ ಮತ್ತು ಅರ್ಧ ನೀರು ತುಂಬಿದ್ದಾಗ ನೀರು ಏರುವ ವೇಗ ಬೇರೆ ಬೇರೆಯಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಅರ್ಧ ನೀರು ಇದ್ದಾಗ ನಳಿಕೆಯೊಳಗೆ ನೀರು ಬಹು ಬೇಗನೆ ವೇಗವಾಗಿ ಚಿಮ್ಮುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ಕಾರಣ ಬಾಟಲಿಯೊಳಗೆ ಉಳಿದಿರುವ ಗಾಳಿಯ ಪ್ರಮಾಣ. ಗಾಳಿ ಹೆಚ್ಚಿದ್ದಷ್ಟೂ ಅದರ ವಿಸ್ತರಣೆ (Expansion) ಹೆಚ್ಚಿರುತ್ತದೆ. ಗಾಳಿ ಬಿಸಿಯಾಗುತ್ತಿದ್ದಂತೆ ಕಣಗಳ ಚಲನಶಕ್ತಿ ಹೆಚ್ಚುವುದರಿಂದ ವೇಗವಾಗಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ ಹಾಗೂ ಬಾಟಲಿಯ ನೀರಿನ ಮೇಲೆ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಏರ್ಪಡಿಸುತ್ತವೆ. ಈ ಒತ್ತಡ ದ್ರಾವಣದೊಳಗಿನ ನಳಿಕೆಯೊಳಗೆ ನೀರನ್ನು ಒತ್ತಿ ತಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಇದನ್ನು ಗಣಿತೀಯವಾಗಿ ಒತ್ತಡ ∝ ಗಾಳಿಯ ಗಾತ್ರ ಎಂದು ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಬಹುದು.

ಉಷ್ಣಶಕ್ತಿಯ ಮ್ಯಾಜಿಕ್!: ಅಂಗೈಗಳನ್ನು ಉಜ್ಜಿ ಬಾಟಲಿಯನ್ನುಹಿಡಿದಾಗ ಅಥವಾ ಬಿಸಿನೀರಿನಲ್ಲಿ ಇಟ್ಟಾಗ, ನಳಿಕೆಯಲ್ಲಿ ನೀರು ವೇಗವಾಗಿ ಮೇಲಕ್ಕೆ ಏರುತ್ತದೆ.

ಏಕೆ?: ಕೈಯ ಉಷ್ಣತೆಯಿಂದ ಬಾಟಲಿಯೊಳಗಿನ ಗಾಳಿ ಕ್ಷಿಪ್ರವಾಗಿ ಚಲಿಸಲಾರಂಭಿಸಿ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಏರ್ಪಡಿಸುತ್ತದೆ .ಇದೇ ರೀತಿ ಬಿಸಿಲಿನಲ್ಲಿಟ್ಟ ಟೈರ್,  ಬಲೂನು ಅಥವಾ  ಪ್ಲಾಸ್ಟಿಕ್ ಬಾಟಲಿಗಳ ಗಾತ್ರ ಹೆಚ್ಚಿ ಉಬ್ಬುವುದರ ಹಿಂದಿನ ರಹಸ್ಯವೇ ಇದು! ಇಲ್ಲಿ ಚಾರ್ಲ್ಸ್‌  ಮತ್ತು  ಬಾಯ್ಲ್‌ರ ನಿಯಮಗಳನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸಬಹುದೇ? ಆಲೋಚಿಸಿ!! 

ಸಸ್ಯಗಳಲ್ಲಿ ಬೇರೊತ್ತಡದಿಂದ ಮೇಲೇರುವ ನೀರಿಗೂ ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗೂ ಯಾವುದಾದರೂ ಸಂಬಂಧ ಕಲ್ಪಿಸಬಹುದೇ? ಯೋಚಿಸಿ ನೋಡಿ!!

ನಳಿಕೆಯ ವ್ಯಾಸ ಮತ್ತು ವೇಗ (Fluid Dynamics)

ಒಂದೇ ಬಾಟಲಿಗೆ ಕಡಿಮೆ ವ್ಯಾಸದ ನಳಿಕೆ ಮತ್ತು ಅಗಲವಾದ ನಳಿಕೆಯನ್ನು ಬಳಸಿ ನೋಡಿದಾಗ, ಕಡಿಮೆ ವ್ಯಾಸದ ನಳಿಕೆಯಲ್ಲಿ ನೀರು ಅತಿ ಎತ್ತರಕ್ಕೆ ಏರುವುದು ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ. ಇದು ದ್ರವಗತಿ ಶಾಸ್ತ್ರದ (Hydrodynamics) ಮೂಲ ತತ್ವವನ್ನು ಮಕ್ಕಳಿಗೆ ಸುಲಭವಾಗಿ ಅರ್ಥೈಸುತ್ತದೆ.ಗಣಿತೀಯ ಸಂಬಂಧ: ವೇಗ ∝ 1 / ನಳಿಕೆಯ ವ್ಯಾಸ.

ಈಗ ಗಾಜಿನ ನಳಿಕೆಯೊಳಗೆ ಒಂದು ಹನಿ ನೀರನ್ನು ಹಾಕಿ ಗಾಳಿಯ ಗುಳ್ಳೆಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಿ. ಈಗ ಪ್ರಯೋಗ ನಡೆಸಿ. ನೀರು ಮೇಲೇರುವ ವೇಗವನ್ನು ಗಮನಿಸಿ. ವೇಗ ಏಕೆ ಕಡಿಮೆಯಾಯಿತು?

ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯಿಂದ ನಳಿಕೆಯ ಮೇಲಿನ ನೀರ ಹನಿ ಕೆಳಮುಖವಾಗಿ ಒತ್ತಡ ಏರ್ಪಡಿಸುತ್ತದೆ. ಬಣ್ಣದ ನೀರಿನ ಮೇಲಿನ ಗಾಳಿ ಗರಿಷ್ಟವಾಗಿ ಸಂಪೀಡನೆಗೊಂಡ ನಂರವೇ ಮೇಲೇರುತ್ತದೆ. ಓವರ್‌ ಹೆಡ್‌ಟ್ಯಾಂಕ್‌ನಲ್ಲಿ ನೀರು ಖಾಲಿ ಆದಾಗ ನಲ್ಲಿಯಲ್ಲಿ ಗಾಳಿ ತುಂಬಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಎಲ್ಲ ಗಾಳಿ ಹೊರಬಂದ ನಂತರವೇ ನೀರು ಹೊರ ಬರುವುದನ್ನು ಗಮನಿಸಿದ್ದೇವೆ. ಹೀಗೆ ಹತ್ತು ಹಲವು ಬಗೆಯ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳನ್ನು ನಾವು ದೈನಂದಿನ ಬದುಕಿನಲ್ಲಿ ನೋಡುತ್ತೇವೆ.

ಒತ್ತಡದ 'ಕಾರಂಜಿ' (The Fountain Effect) : ಈಗ ಸಿರಿಂಜ್ನ ಸೂಜಿಯನ್ನು ಬಾಟಲಿಯ ರಬ್ಬರ್‌ಗೆ ಚುಚ್ಚಿ ಬಾಟಲಿ

ಯೊಳಗೆ ಗಾಳಿಯನ್ನು ಹಾಕಿ. ಬಣ್ಣದ ಕಾರಂಜಿ ಚಿಮ್ಮಿ ನೋಡುಗರಲ್ಲಿ ಅಚ್ಚರಿ ಉಂಟು ಮಾಡುತ್ತದೆ. 

ಬಾಟಲಿಯೊಳಗಿನ ಒತ್ತಡ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತಿದ್ದಂತೆ ಬಣ್ಣದ ನೀರು ನಳಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಕಾರಂಜಿಯಂತೆ ಚಿಮ್ಮುತ್ತದೆ. ಸ್ಪ್ರೇ ಬಾಟಲಿಗಳು, ಅಗ್ನಿಶಾಮಕ ಉಪಕರಣಗಳೂ ಈ ತತ್ವದ ಅನ್ವಯ ಕಾರ್ಯ ನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ.

“ನಾನು ಯಾರಿಗೂ ಏನನ್ನೂ ಕಲಿಸಲಿಲ್ಲ, ಬದಲಿಗೆ ಎಲ್ಲವನ್ನೂ ಹೇಗೆ ನೋಡಬೇಕು ಎಂಬುದನ್ನು ಕಲಿಸಿದೆ.”ಎಂದು ಮಹಾನ್ ವಿಜ್ಞಾನಿ ಗೆಲಿಲಿಯೋ ಹೇಳಿದ್ದರು. ಇದು ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿಗಳಿಗೆ ವಿಮರ್ಶಾತ್ಮಕ ಚಿಂತನೆ,  ಅನುಭವಾಧಾರಿತ ಕಲಿಕೆ ಮತ್ತು ವೈಜ್ಞಾನಿಕ ದೃಷ್ಟಿಕೋನವನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುವ ಅವಶ್ಯಕತೆಯನ್ನು ಒತ್ತಿ ಹೇಳುತ್ತದೆ.

ಇಂಥ ಪ್ರಯೋಗಗಳು ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿಗಳಲ್ಲಿ ಕೇವಲ ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ತುಂಬುವುದಿಲ್ಲ, ಬದಲಿಗೆ:

• ಅವಲೋಕನ ಮತ್ತು ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಗಳನ್ನು ಕಲಿಸುತ್ತದೆ.
• ದೈನಂದಿನ ಘಟನೆಗಳನ್ನು ವಿಜ್ಞಾನದ ಸೂತ್ರಗಳಿಗೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸುತ್ತದೆ.
• "ಕಡಿಮೆ ವೆಚ್ಚ – ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಲಿಕೆ" (Low Cost High Effect) ಎಂಬ ತತ್ವವನ್ನು ಸಾರುತ್ತದೆ.

ವಿಜ್ಞಾನವು ಕೇವಲ ಪಠ್ಯಪುಸ್ತಕಕ್ಕಷ್ಟೇ ಸೀಮಿತವಾಗಿಲ್ಲ.ಅದು ಕಲಿಕಾರ್ಥಿಯ ಕೈಯಲ್ಲಿರುವ ಇಂತಹ ಪುಟ್ಟ ಬಾಟಲಿಯಲ್ಲಿದೆ. ಯಾವಾಗ ಒಂದು ಪ್ರಶ್ನೆಯು ಪ್ರಯೋಗವಾಗಿ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆಯೋ, ಅಂದೇ ನಿಜವಾದ 'ಸವಿಯಾದ ಜ್ಞಾನ' ಜನ್ಮತಾಳುತ್ತದೆ. ಹೀಗೆ  ಒಂದು ಸರಳ ಕಲಿಕೋಪಕರಣ ಹಲವು ಅಂಶಗಳನ್ನು ವಿವಿಧ ಸ್ತರದ ಕಲಿಕೆಯನ್ನು ಅಂದರೆ ಪ್ರಾಥಮಿಕ ತರಗತಿಗಳಿಂದ ಪಿ.ಜಿ ಕಲಿಕೆಯವರೆಗೂ ವಿಸ್ತರಿಸಬಲ್ಲದು.