যেভাবেই দেখুন না কেন, প্রকৃতিতে আলোড়ন শুধু উপস্থিতই নয়, বরং অনেক পরিস্থিতিতে এটি অত্যন্ত প্রয়োজনীয়ও বটে: বিভিন্ন তরল পদার্থকে ভালোভাবে মেশাতে (এজন্যই আমরা কফি ও দুধ নেড়ে মেশাই), অথবা তরল পদার্থগুলোর মধ্যে অধিক তাপ স্থানান্তর ঘটাতে (কফি দ্রুত ঠান্ডা করার জন্যও আমরা তা নাড়ি), ইত্যাদি। আবহাওয়াবিজ্ঞানেও এর অস্তিত্ব রয়েছে এবং এদেরকে ভন কারমান ঘূর্ণি (Von Kármán vortices ) বলা হয় ।
এই প্রবন্ধে, আমরা ভন কারম্যান ডাম্প ট্রাক, তাদের বৈশিষ্ট্য এবং তাদের গুরুত্ব সম্পর্কে আপনার যা জানা দরকার তা ব্যাখ্যা করব।
ভন কর্ম ঘূর্ণি বৈশিষ্ট্য
শুরু করার জন্য, আমাদের তরল পদার্থের বৈশিষ্ট্য এবং এর গতিবিদ্যা সম্পর্কে জানতে হবে। ঘনত্ব, চাপ বা তাপমাত্রা হল এমন পরিবর্তনশীল বিষয় যার সাথে আমরা সকলেই কমবেশি পরিচিত। এগুলো এবং তাদের প্রভাবের উপর ভিত্তি করে, তরল পদার্থের যেকোনো নড়াচড়া বা গতিবিদ্যা ব্যাখ্যা করা যেতে পারে, তা যত জটিলই হোক না কেন:
অনবস্থা
ধরা যাক, বাতাসের একটি স্রোত একটি গোলকের সাথে ধাক্কা খাচ্ছে; যদি বাতাসের গতিবেগ কম হয়, আমরা লক্ষ্য করি যে বাতাসটি গোলকটির চারপাশে এবং পিছনে "মসৃণভাবে" চলাচল করে; এই পিছনের অংশটিকে জলপ্রবাহের "নিম্নপ্রবাহ" বা "লেজ"ও বলা হয়।
এই ক্ষেত্রে, প্রবাহকে ল্যামিনার বলা হয়, অর্থাৎ: কোন এডি বা সাধারণত টার্বুলেন্স বলা হয় না, সত্য হল টার্বুলেন্স ছাড়া সবকিছুই বিরক্তিকর হত; প্রকৃতপক্ষে, এমনকি নেভিয়ার-স্টোকস সমীকরণগুলিও মনোবিজ্ঞান, ভিড় নিয়ন্ত্রণ, অথবা স্টেডিয়ামগুলিতে পথচারীদের সরিয়ে নেওয়ার ব্যবস্থার নকশা ইত্যাদি ক্ষেত্রে প্রয়োগ করতে পারে। যদি কোনও অশান্তি না থাকে তবে সবকিছুই সহজ।
এখন ধরুন, প্রতিটি বায়ু অণু অন্য একটি বায়ু অণুকে অনুসরণ করে, এবং এভাবেই চলতে থাকে; একটি অভিন্ন রেখা বরাবর অসীম সংখ্যক অণু রয়েছে। কল্পনা করুন যে, যেকোনো কারণেই হোক, হঠাৎ এমন একটি অণু চলে এলো যা এই গতিশীল ধারাটি অনুসরণ করে না, অর্থাৎ, এটি তার "স্বাভাবিক" পথ থেকে বিচ্যুত হয়, যদিও তা খুব বিরল; পারিভাষিকভাবে বলতে গেলে, এটিকে একটি "অস্থিতিশীল" অবস্থা বলা হয়। এই অস্থিতিশীলতাই হলো টার্বুলেন্স বা আলোড়নের সূচনা ; সেই মুহূর্ত থেকে, গতিপথের পরিবর্তনগুলো যৌক্তিকভাবেই ঘটতে থাকে, কারণ একটি অণু অন্যটিকে দিক পরিবর্তন করতে ধাক্কা দেয়, এবং এভাবেই চলতে থাকে। এটাই হলো এর মূল "কারণ"।
আণবিক গতিপথ খুবই, খুবই বৈচিত্র্যময় হতে পারে: তাপমাত্রা, চাপ বা ঘনত্বের খুব সূক্ষ্ম পরিবর্তন, এমনকি অজানা উৎসের সবচেয়ে সাধারণ পরিবর্তনগুলিও।
পরবর্তীতে যে জ্যামিতি বা কাঠামো তৈরি হয় তার উপর নির্ভর করে, অস্থিরতা নিম্নলিখিত নামগুলি গ্রহণ করে:
- কেলভিন-হেলমহোল্টজ অস্থিরতা: এটি একটি অবিচ্ছিন্ন তরল যেমন বায়ু বা জলের মধ্যে প্রবাহিত হতে পারে, বা দুটি তরলের ইন্টারফেসে বা একই তরলের দুটি স্তর বিভিন্ন গতিতে চলতে পারে।
- Rayleigh-টেলর অস্থিরতা: উপরের বায়ুমণ্ডল থেকে ঠান্ডা বাতাসের "পতন" (পতন) বা অবতরণে গুরুত্বপূর্ণ। এমনকি গরম বাতাসের "তীক্ষ্ণ" উত্থানে।
ভিসকোসিডাড
সান্দ্রতা সম্ভবত সুপরিচিত, কারণ সান্দ্রতা কী তা বোঝার জন্য সবাই জলকে মধু বা লাভার সাথে তুলনা করে। আসুন বিষয়টি অন্য দৃষ্টিকোণ থেকে কল্পনা করি: ধরুন আমরা একটি ট্র্যাফিক লাইটে দাঁড়িয়ে আছি, যার সামনে ও পিছনে যানবাহন রয়েছে; যখন বাতি সবুজ হয়, আমাদের নড়াচড়া করার জন্য সময়ের প্রয়োজন হয় ; তাহলে: সান্দ্রতা হলো প্রতিটি পারস্পরিক বাহকের প্রতিক্রিয়া সময়ের (১/প্রতিক্রিয়া সময়) মতো; সান্দ্রতা যত বেশি, প্রতিক্রিয়া সময় তত কম; অর্থাৎ, সমস্ত তরল পদার্থ একযোগে বা একসাথে চলতে চায়।
সান্দ্রতাকে প্রায়শই কোনো তরলের অণুগুলোর মধ্যকার ঘর্ষণ বল হিসেবে বিবেচনা করা হয়। ঘর্ষণ যত বেশি, সান্দ্রতাও তত বেশি। অন্যান্য কারণের মধ্যে, এই বলের কারণেই বাউন্ডারি লেয়ার বা সীমাস্তর তৈরি হয়: বায়ু পৃষ্ঠের যত কাছে থাকে, তার বেগ তত কম হয় (নীচের ছবিতে, ছোট তীরচিহ্নটি সবচেয়ে ধীর বেগ নির্দেশ করছে)।
উদাহরণস্বরূপ, প্যারাগ্লাইডার এবং এমনকি বিমানের পাইলটরা জানেন যে যখন বাতাস প্রবাহিত হয় (বিপজ্জনকভাবে) তখন তারা নামতে পারে, কারণ গাছের সাথে "ফ্লাশ" হওয়ার ফলে তাদের শক্তি উল্লেখযোগ্যভাবে কমে যায়।
আগে উল্লেখ করা বলের উদাহরণটি নিয়েই যদি কথা বলা হয়, তাহলে ডানার ওপর দিয়ে প্রবাহিত বাতাস যদি সম্পূর্ণ ল্যামিনার হয় এবং কোনো বাউন্ডারি লেয়ার না থাকে (যার অর্থ হলো কোনো সান্দ্রতা নেই), তাহলে ডানার ওপর ও নিচের অংশের মধ্যে কোনো চাপের পার্থক্য থাকে না, ফলে কোনো লিফট তৈরি হয় না; বিমানটি উড়তে পারে না; ব্যাপারটা এতটাই সহজ। ওড়া সম্পূর্ণ অসম্ভব, কিন্তু সৌভাগ্যবশত, আঠালো ভাব সবসময়ই থাকে। অধিকন্তু, সান্দ্রতা না থাকলে, এই অস্থিতিশীলতা সত্ত্বেও টার্বুলেন্স তৈরি হতো না।
নিম্নচাপের মাধ্যমে পদার্থের একত্রীকরণ
যখন একটি কণা (যেমন একটি বায়ুর অণু) কম চাপে থাকে, তখন এটি ঘনত্ব দ্বারা বিভক্ত চাপের পরিবর্তন দ্বারা প্রদত্ত ত্বরণের সাথে এটিকে আকর্ষণ করে। উচ্চ চাপের সাথে বিপরীতটি ঘটে, এটি বিকর্ষণ বা ধাক্কা দেয়।
আবহাওয়াবিজ্ঞানে, উচ্চচাপ অঞ্চলকে প্রতিচাপ বলা হয়, অন্যদিকে ঘূর্ণিঝড় বা ঝড়কে (শুধুমাত্র বিশেষ ক্ষেত্রে ক্রান্তিবহির্ভূত ঘূর্ণিঝড়) নিম্নচাপ অঞ্চল বলা হয় । এই চাপের পার্থক্যের কারণে বায়ুমণ্ডলের সমস্ত বায়ু এবং পৃথিবীর মহাসাগরের সমস্ত জল চলাচল করে। চাপ হলো একটি মৌলিক ধর্ম; প্রকৃতপক্ষে, আরও অনেক চলক চাপের পরিবর্তনকে প্রভাবিত করে: ঘনত্ব, তাপমাত্রা, সান্দ্রতা, অভিকর্ষ, কোরিওলিস বল, বিভিন্ন জড়তা, ইত্যাদি। বস্তুত, যখন একটি বায়ু অণু চলাচল করে, তখন তা এই কারণেই করে যে তার পূর্ববর্তী অণুটি একটি নিম্নচাপ অঞ্চল ছেড়ে এসেছে এবং সেই অঞ্চলটি অবিলম্বে পূর্ণ হতে চায়।
আমরা বায়ুমণ্ডল বা মহাসাগরের মতো মিডিয়াতে উদ্ভূত কারণ বা অস্থিরতা দেখেছি, নির্দিষ্ট জ্যামিতি তৈরি করে, তাদের মধ্যে একটি - এই কাজের বিষয় - তথাকথিত ভন কারমান ঘূর্ণি। এখন, একবার আমরা কারণ এবং চলকগুলি বুঝতে পারি যেগুলি যে কোনও তরলের সমস্ত গতিশীলতায় হস্তক্ষেপ করে, আমরা এই খুব নির্দিষ্ট জ্যামিতি সম্পর্কে শিখতে প্রস্তুত।
যখন বায়ুপ্রবাহ কোনো জ্যামিতিক আকৃতির চারপাশে ঘোরে, তখন তা সেটির চারপাশে পরিবর্তিত হতে থাকে, যার ফলে অস্থিতিশীলতা সৃষ্টি হয় , যেমনটা আমরা আগেই দেখেছি, এবং টার্বুলেন্স বা আলোড়ন তৈরি হয়। এই টার্বুলেন্সের কার্যত অসীম প্রকার ও রূপ রয়েছে; এদের অধিকাংশই পর্যাবৃত্ত নয়, অর্থাৎ সময় বা স্থানে এদের পুনরাবৃত্তি ঘটে না, কিন্তু কিছু কিছু ঘটে। পূর্বে উল্লিখিত ভন কারমান ঘূর্ণিগুলোর ক্ষেত্রেও এমনটিই ঘটে।
তারা খুব নির্দিষ্ট বায়ুগতির অবস্থার অধীনে গঠন করে এবং বস্তুর নির্দিষ্ট মাত্রা একটি বাধা হিসাবে কাজ করে।
আমি আশা করি যে এই তথ্যের সাহায্যে আপনি ভন কারমান ঘূর্ণি, আবহাওয়াবিদ্যায় তাদের বৈশিষ্ট্য এবং গুরুত্ব সম্পর্কে আরও জানতে পারবেন।