Wing

ගුවන් යානයක් අහසේ රඳවා ගන්නා විද්‍යාත්මක රහස

දුර තියා බලන කෙනෙකුට ගුවන් යානයක තටුවක් (Wing) හරිම සරල දෙයක් විදියට පෙනෙන්න පුළුවන්. නමුත් ඇත්තටම ඒක භෞතික විද්‍යාව ප්‍රායෝගිකව භාවිතා වෙන හරිම අපූරු නිර්මාණයක්. ගුවන් යානයක් ඉදිරියට යනකොට, හුළං මේ තටුව වටා ගලාගෙන යනවා. මේ ගලාගෙන යන වායු ධාරාවයි, තටුවේ තියෙන විශේෂ හැඩයයි එකතු වෙලා තමයි යානය ඉහළට ඔසවා තබන බලයක් නිර්මාණය කරන්නේ. අපි මේ බලයට කියනවා "එසවුම් බලය" (Lift) කියලා. මේ ක්‍රියාවලිය පිටුපස තියෙන ප්‍රධානතම සිද්ධාන්තයක් තමයි "බර්නූලි මූලධර්මය" (Bernoulli Principle).

ගුවන් යානයක තටුවක් ලෑල්ලක් වගේ පැතලි මතුපිටක් නෙවෙයි. ඔබ තටුවක් දිහා පැත්තකින් බැලුවොත් ඔබට පෙනෙයි, එහි ඉහළ මතුපිට වක්‍ර වෙලා (Curved) තියෙන්නේ, හැබැයි පහළ කොටස ඊට වඩා පැතලියි. මේ විශේෂ හැඩයට අපි කියනවා Aerofoil කියලා. ගුවන් යානය වේගයෙන් ඉදිරියට යනකොට, ඉදිරියෙන් එන වායු ධාරාව දෙකට බෙදෙන්න ඕන. කොටසක් තටුවට උඩින් යනවා, අනිත් කොටස තටුවට යටින් යනවා. අර උඩ මතුපිට වක්‍ර වෙලා තියෙන නිසා, තටුවට උඩින් යන හුළං වලට, යටින් යන හුළං වලට වඩා වැඩි වේගයකින් ගමන් කරන්න සිද්ධ වෙනවා.

මෙන්න මෙතනදී තමයි බර්නූලි මූලධර්මය ක්‍රියාත්මක වෙන්නේ. බර්නූලි මූලධර්මයෙන් කියන්නේ, යම් වායුවක් (හෝ ද්‍රවයක්) වේගයෙන් ගමන් කරනකොට එහි පීඩනය අඩු වෙනවා කියලයි. ඉතින්, තටුවට උඩින් යන වාතය වේගයෙන් ගමන් කරන නිසා, තටුවට උඩින් තියෙන පීඩනය අඩු වෙනවා. හැබැයි තටුවට යටින් වාතය ගමන් කරන්නේ හෙමින් නිසා, එතන පීඩනය සාපේක්ෂව ඉහළ මට්ටමක තියෙනවා. ඉතින් මොකද වෙන්නේ? යට තියෙන වැඩි පීඩනය මගින් තටුව ඉහළට තල්ලු කරනවා. මේ පීඩන වෙනස නිසා ඇතිවන ඉහළට තල්ලු කිරීම තමයි ගුවන් යානයක් අහසේ රඳවා ගන්නේ.

මේක සරලව හිතනවා නම් මෙහෙමයි: ගුවන් යානයේ තටුව "වාඩි වෙලා" ඉන්නේ යටින් තියෙන වැඩි පීඩනය කියන කොට්ටය උඩ. ඒ වගේම උඩින් තියෙන අඩු පීඩනය මගින් තටුව ඉහළට අදිනවා වගේ දෙයක් වෙනවා. හුළං වැදෙන වේගය වැඩි වෙන තරමට සහ පීඩන වෙනස වැඩි වෙන තරමට, මේ එසවුම් බලයත් වැඩි වෙනවා. අන්න ඒකයි ගුවන් යානයක් Takeoff කරන්න කලින්, එහෙම නැත්නම් ගුවන් ගත වෙන්න කලින් ධාවන පථයේ ලොකු වේගයකින් යන්න ඕන වෙන්නේ. යානයේ බර උස්සන්න පුළුවන් තරම් එසවුම් බලයක් හදාගන්න නම්, තටුව හරහා යන වායු වේගය හොඳටම වැඩි වෙන්න ඕන.

තවත් වැදගත් කාරණයක් තමයි Angle of Attack. ඒ කියන්නේ සුලඟ වදින පැත්තට සාපේක්ෂව තටුව පොඩ්ඩක් ඇල කරලා තියෙන ප්‍රමාණය. නියමුවන් යානයේ නාසය (Nose) පොඩ්ඩක් ඉහළට ඔසවනකොට, තටුවේ ඉදිරිපස (Leading Edge) සුලඟ එක්ක ගැටෙන්නේ ලොකු කෝණයකින්. එතකොට වෙන්නේ හුළං පාර තදින්ම පහළට තල්ලු වෙන එකයි. මේ නිසා පීඩන වෙනස වැඩි වෙලා යානය තව තවත් ඉහළට එසවෙනවා. (හැබැයි මේ කෝණය ඕනාවට වඩා වැඩි වුණොත්, වායු ධාරාව කැළඹිලා යානය අඩපණ වෙන්න හෝ "Stall" වෙන්න පුළුවන්).

බර්නූලි මූලධර්මය වගේම, නිව්ටන්ගේ නියමයන් ද මෙතනදී වැදගත් වෙනවා. විශේෂයෙන්ම නිව්ටන්ගේ තුන්වන නියමය: "සෑම ක්‍රියාවකටම සමාන සහ විරුද්ධ ප්‍රතික්‍රියාවක් ඇත." තටුව හැඩගැස්විලා සහ ඇල වෙලා තියෙන විදිය නිසා, ඒකෙන් වාතය පහළට තල්ලු කරනවා. ඉතින් තටුව මගින් වාතය පහළට තල්ලු කරනකොට (ක්‍රියාව), වාතය මගින් තටුව ඉහළට තල්ලු කරනවා (ප්‍රතික්‍රියාව). ඉතින් අපිට කියන්න පුළුවන් බර්නූලි මූලධර්මයෙන් පැහැදිලි කරන්නේ පීඩනය ගැන කියලා. නිව්ටන් නියමයෙන් පැහැදිලි කරන්නේ ක්‍රියාව සහ ප්‍රතික්‍රියාව ගැන කියලා. මේ දෙකෙන්ම විස්තර වෙන්නේ එකම ක්‍රියාවලියක්.

සාරාංශයක් විදියට කිව්වොත්: ගුවන් යානයක් පියාසර කරන්නේ එහි තටු විශේෂ හැඩයකට සහ ඇලයකට පිහිටලා තියෙන නිසයි. ඒ නිසා තටුවට උඩින් හුළං වේගයෙන් යනවා (අඩු පීඩනයක් හදනවා), යටින් හෙමින් යනවා (වැඩි පීඩනයක් හදනවා). මේ පීඩන වෙනස සහ වාතය පහළට තල්ලු කිරීම කියන කාරණා දෙක එකතු වෙලා තමයි යානය ඉහළට ඔසවන්නේ. යානයේ එන්ජින් මගින් යානය දිගටම වේගයෙන් ඉදිරියට තල්ලු කරන තාක් කල්, තටු යට තියෙන අර අදෘශ්‍යමාන පීඩන කොට්ටය මගින් යානය අහසේ රඳවා ගෙන ඉන්නවා.

ප්‍රධාන කරුණු සාරාංශය (Key Points Summary):

වායව පෘෂ්ඨය (Airfoil): ගුවන් යානයේ තටුවේ ඉහළ වක්‍ර වූ සහ පහළ පැතලි වූ විශේෂ හැඩය.

බර්නූලි මූලධර්මය (Bernoulli Principle): තටුවට ඉහළින් වාතය වේගයෙන් ගමන් කරන විට පීඩනය අඩු වන අතර, පහළින් පීඩනය වැඩිව පවතී.1 මෙය යානය ඉහළට තල්ලු කරයි.

එසවුම් බලය (Lift): පීඩන වෙනස නිසා යානය ඉහළට එසවෙන බලය.

ප්‍රහාරක කෝණය (Angle of Attack): වායු ධාරාවට මුහුණ දීම සඳහා තටුව ඇල වී ඇති කෝණය. මෙය වැඩි කිරීමෙන් එසවුම් බලය වැඩි කරගත හැක.

නිව්ටන්ගේ 3 වන නියමය: තටුව මගින් වාතය පහළට තල්ලු කරන විට, ඊට ප්‍රතික්‍රියාවක් ලෙස වාතය මගින් තටුව ඉහළට තල්ලු කරයි.