कां विमान उडते अधांतरी? (पूर्वार्ध)

वर्ष दीड वर्षाच्या लहानग्याला खेळवतांना "इथं इथं बैस रे काऊ" म्हणत "भुर्रर्र उडून जा" म्हंटले की ते खिदळायला लागते. भुर्रर्र उडणारी चिमणी पाखरं त्याला खूप आवडतात. उगवत्या सूर्यबिंबाकडे झेप घेणारा बाल हनुमान, नारायण नारायण म्हणत वायुमार्गाने स्वैर संचार करणारे नारदमुनी अशी पुराणातील पात्रे आणि असेच मनोगतीने हवेत उड्डाण करणारे सुपरमॅन, हीमॅन वगैरे कारटूनमधील कथानायक त्याला किशोरवयात भुरळ पाडतात. मला सुद्धा हवेत उडणा-या गोष्टींचे लहानपणी प्रचंड आकर्षण होते. बारा तेरा वर्षाचा असतांना मुंबईला येण्याची पहिली संधी मिळाली तेंव्हा अगदी हट्ट धरून मी आधी सांताक्रूझचे विमानतळ पाहिले. राणीच्या बागेचे तसे आकर्षण होते, पण हत्ती, उंट, वाघ, सिंह वगैरे प्राणी मी सर्कशीत तरी पाहिलेले होते. मात्र जमीनीपर्यंत येऊन पोचणारा घूं घूं असा आवाज करीत आभाळातून हळू हळू सरकणारा विमानाचा एक बारीक ठिपकाच तेवढा क्वचित कधीतरी आमच्या लहान गांवातून दिसायचा. त्यामुळे त्याबद्दल वाटणारे गूढ अधिकच गडद होत असे.

त्या काळच्या सांताक्रूझच्या जुन्या विमानतळाच्या इमारतीच्या गच्चीवर जाऊन विमानतळाच्या परिसराचे विहंगम दृष्य मनमुरादपणे पहाण्याची सोय होती. त्या विस्तीर्ण पटांगणात जागोजागी उभी असलेली, रन वे वरून उड्डाण करणारी आणि आभाळातून त्याच लांबच लांब पट्ट्यावर बरोबर खाली उतरणारी त-हेत-हेची विमाने मनसोक्त पाहून घेतली. पण एका बाबतीत माझी दारुण निराशा झाली. प्रत्येक विमानाला दोन्ही बाजूना दोन विशाल पंख तर होते पण त्यांची यत्किंचित फडफड न करताच ती उडत होती. वनवासातून परत येतांना भरतभेटीसाठी उत्सुक असलेल्या श्रीरामचंद्राप्रमाणे, किंवा आजचे उदाहरण द्यायचे झाल्यास कांही काळ परदेशी राहून मायदेशी येत असणा-या मुलाला 'बिग हग' द्यायला सज्ज असलेल्या प्रेमळ पित्याप्रमाणे, त्यांचे दोन्ही बाहू सतत फैलावून ठेवलेले दिसले. इतकेच नव्हे तर जमीनीवर विसावतांना सुद्धा ते पंख फैलावलेलेच असायचे. कावळे चिमण्या कशा आपले उबदार पंख अंगाभोवती पांघरून मजेत खाली बसतात तसे कांही ही विमाने करीत नव्हती."ही विमाने आपले पंख न फडफडवता उडतात तरी कशी?" हे माझे कुतुहल मी बरोबर असलेल्या मोठ्या माणसांना विचारले सुद्धा. पण
"त्याच्या आंत एक इंजिन असते आणि ते सुरू झाले की विमान उडते." असे मोघम उत्तर मिळाले.
ते ऐकून तेंव्हाही माझे पूर्ण समाधान कांही झाले नाही. कारण पाण्यात पोहतांना आपण हांता पायांनी झटके देत पाण्याला खाली ढकलून वर येतो तसेच पंखांची फडफड करून हवेला खाली ढकलून पक्षी हवेत उडतात असे मला वाटायचे. मोटारीचे इंजिन त्याला जोडलेल्या अनेक चक्रांना फिरवीत मोटारीच्या चाकांना फिरवते व त्यांच्या जमीनीवर गडगडत पुढे जाण्यामुळे मोटार पुढे धाव घेते हेही मी पाहिले होते. विमानातील इंजिन म्हणजे तशीच एका जागी फिरणारी चाके असणार. ती बसल्या जागी गोल गोल फिरायला लागल्याने या अवजड विमानाचे वजन कमी होऊन ते हवेपेक्षा हलके कसे होणार? हे कांही केल्या त्या वेळी नीटपणे लक्षात येत नव्हते. पुढे तंत्रज्ञानाचे शिक्षण घेताघेता त्य़ाचे गूढ आकलत गेले.

हे गूढ समजून घेण्यासाठी आधी आजूबाजूच्या निसर्गातील कांही सामान्य घटना पाहू. एखाद्या मोठ्या झाडाखाली बसलो असतांना त्याची पाने, फुले, पिकलेली फळे, सुकलेल्या काटक्या वगैरे वरून खाली पडतांना दिसतात. आयझॅक न्यूटन असाच एका सफरचंदाच्या झाडाखाली पेंगत बसला असतांना वरून एक फळ दाणकन त्याच्या टाळक्यात पडले आणि पटकन त्याला गुरुत्वाकर्षणाचा नियम सुचला असा एक गैरसमज आहे. आपण सुद्धा जरी सफरचंदाचे झाड पाहिले नसले तरी निदान एखादी कैरी किंवा कवठाचे फळ वरून खाली पडतांना पाहिले असेलच. ते जड फळ उभ्या सरळ रेषेत वेगाने खाली येते, मात्र त्याच झाडाचे पिकलेले पान गिरक्या घेत हळू हळू अलगदपणे खाली पडते हे सुद्धा आपल्या लक्षात आले असेल.

पूर्वी इटलीमधील गॅलिलिओ नांवाच्या शहाण्याने लहान मोठ्या आकारांचे अनेक दगड पिसा येथील कलत्या मनो-याच्या माथ्यावर नेऊन तेथून एकदम खाली टाकले आणि ते सारे एकाच वेळी एकाच वेगाने खाली येतात असे पाहून नमूद करून ठेवले. पुढे न्यूटनला या निरीक्षणाचा पुष्कळ उपयोग झाला असे म्हणतात. पण आपल्याला तर एकाच झाडावरून त्याची फळे व पाने वेगवेगळ्या गतीने खाली येतांना दिसतात हे कसे?

पाने, फुले, फळे वगैरे सारी झाडाला लागलेली असतांना सुद्धा पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे खाली ओढली जात असतातच. त्या वेळी त्यांचा हा भार झाडच सहन करीत असते. फळांनी लगडलेल्या फांद्या पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या जोरामुळेच थोड्या खाली वांकतात. विनयशील माणसाचे उदाहरण देतांना "वृक्ष फार लवती फलभारे"असे कवि म्हणतात ते यामुळेच. सुकून गेल्यामुळे किंवा अन्य कांही कारणाने कमकुवत होऊन फळाचे डेख तुटल्यानंतर त्याचा झाडाबरोबर असलेला जोड सुटतो व ते झाड त्या फळाला फांदीवर धरून ठेऊ शकत नाही. गुरुत्वाकर्षणामुळे ते फळ खाली ओढले जाऊन पृथ्वीच्या दिशेने मार्गक्रमण करू लागते.

खाली येत असतांना ते त्याच्या खालील हवेला आणखी खाली दाबते त्यामुळे तिचा दाब वाढतो. ही जास्त दाबाची हवा तिच्या खालील हवेला खाली व बाजूच्या हवेला बाजूला ढकलते. त्याच वेळेस जेथून ते फळ खाली येते तेथील जागा रिकामी होऊन तिथे एक पोकळी निर्माण होते व आजूबाजूची हवा तिकडे येऊन ती पोकळी भरून काढते. या परिस्थितीमध्ये तेथील हवेचा दाब कमी होतो. खाली येणा-या फळाला खालून जास्त दाबाची हवा जास्त जोराने वर ढकलत असते तर वरून कमी दाबाची हवा त्या मानाने कमी जोराने त्याला खाली ढकलत असते. यामुळे दोन्ही मिळून त्याला वर ढकलणारा एक जोर हवेकडून
लावला जातो, ती त्याच्या खाली पडण्याला प्रतिकार करते, असे म्हणता येईल. पण पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षणाचा जोर यापेक्षा अनेकपटीने जास्त असल्यामुळे हवेच्या या प्रतिकाराला न जुमानता ते फळ वेगाने जमीनीवर येते.

हाताने छोटा पंखा हलवण्यापेक्षा मोठा पंखा हलवायला जास्त जोर लागतो आणि तो जास्त वेगाने हलवतांना मनगटावर आणखी जास्त भार पडतो हे आपण पहातोच. एकदा म्हणे मुंबईचा एक माणूस लखनौला फिरायला गेला. बाजारात हिंडतांना त्याला एक सुंदर कलाकुसर केलेला पंखा आवडला म्हणून त्याने तो विकत घेतला. लॉजवर येऊन पाहतो तर खूप उकडत होते आणि पॉवर कट होती म्हणून त्याने त्या शोभेच्या पंख्याने वारा घ्यायला सुरुवात केली. दोन चार वेळा हलवतांच तो मोडून गेला. याचा जाब विचारण्यासाठी तो रागारागाने पुन्हा त्या दुकानात गेला. दुकानदाराने अदबशीरपणे त्याला त्याने तो पंखा कसा वापरला ते विचारले. त्याने हाताने तो पंखा जोरजोरात हलवून दाखवतांच त्याचा आणखी एक तुकडा पडला. त्यावर दुकानदार म्हणाला,"जनाब, आप जानते हैं कि ये लखनौका बडा नाजुक पंखा है। आप भी इसके साथ जरा नजाकतसे पेश आइय़ेगा। अगर आपका हवा लेनेका दिल हो जाय तो इसे अपने नाक के सामने यूँ हलकेसे पकड रखिये और उसके सामने अपनी गर्दन यूँ धीरेसे हिलाइये।" यातील विनोद सोडला तरी त्याचे इथे तात्पर्य काय तर एखाद्या कृतीमध्ये किती हवा बाजूला ढकलली जाते आणि किती वेगाने ती ढकलली जाते या दोन्हीमुळे त्या हवेकडून होणारा हा प्रतिकार वाढतो.

एक पिकलेले, सुकट झालेले हलके फुलके आंब्याचे किंवा पिंपळाचे पान जेंव्हा झाडावरून निसटते, तेंव्हा त्याचा पृष्ठभाग मोठा असल्याने ते खाली पडतांना त्याच्यामुळे बरीचशी हवा खाली ढकलली जाते व त्याने वेग घेताच त्या हवेचा प्रतिकार वाढत जाऊन त्याच्या हलक्या फुलक्या वजनाइतका वाढतो व ते पान
हवेत तरंगू शकते. यामुळे खाली येण्याचा वेग कमी होताच हा प्रतिकार कमी होऊन ते पुन्हा खाली यायला लागते. अशा प्रकारे ते हळू हळू खाली येते. त्याच वेळी सुटलेला वारा त्याला आपल्याबरोबर ढकलत घेऊन जातो व ते पान निघालेल्या जागेपासून दूर जाऊन पडते.

एकादा कागदी बाण पाहिला तर त्याला समोरच्या बाजूला निमूळते टोक असते व मागच्या दिशेने विस्तार पावत जाणारा असा त्याचा आकार असतो. त्याला पुढे ढकलणारा झटका हाताने देऊन आपण तो हवेत उडवतो. निमुळत्या टोकामुळे तो समोरील हवेला सहज बाजूला सारतो, मागील तिरकस भाग समोरील हवेला बाजूला सारत असतांनाच खाली ढकलतो व त्यामुळे निर्माण होणारा हवेचा दाब त्या बाणाला वर उचलतो. जितक्या जोराने झटका देऊन, जितक्या वेगाने आपण तो समोर फेकू तितका तो वर उचलला जातो व वेग कमी होताच तो खाली यायला लागतो. याचा अर्थ जरी कागद हवेपेक्षा जड असला, तो स्थिर असतांना हवेत तरंगू शकत नसला तरी तो गतिमान झाल्यास हवा त्याचा भार वाहू शकते, त्याला वर उचलू शकते.

अशाच प्रकारे गतिमान हवा तिच्यापेक्षा जड वस्तु उचलू शकते. वाहत्या वा-याच्या जोराने पतंग आकाशात उडतो. साधा पंख्याचा वारा सुद्धा कागद, पीस किंवा पाला पाचोळा यांना सहजपणे वर उडवतो आणि सोसाट्याचा वारा तर घरावरील लोखंडाचे पत्रे उडवून देतो, मोठे वृक्ष त्याच्या जोराने उन्मळून पडतात हे आपण पहातोच. फ्रिसबीची तबकडी वेगाने फिरत फिरत पुढे जात असतांना हवाच तिला वर उचलते. यावरून असे दिसते की गतिमान हवेच्या वाहण्याला अडथळा आला की तो आणणा-या वस्तूला वर उचलणारा दाब निर्माण होतो. त्याच प्रमाणे स्थिर हवेत विशिष्ट आकाराची एकादी चपटी वस्तु वेगाने नेली तर हवा त्याला जो प्रतिकार करते त्यातून ती सुद्धा वर उचलली जाते. हवेच्या या दाबामुळे त्या वस्तुच्या वजनाइतका जोर वरच्या दिशेला लावला गेला तर ती वस्तु हवेत तरंगते. फ्रिसबीची तबकडी हे त्याचेच उदाहरण आहे.

मूळ पदावर परत येऊन सांगायचे झाल्यास विमानाला जमीनीशी समांतर आडव्या रेषेमध्ये पुरेशा वेगाने नेल्यामुळे त्याच्या खाली असलेली हवाच त्याला वर उचलते व ते हवेत अधांतरी राहू शकते. हवेच्या या गुणधर्माचा माणसाने विमानाच्या उड्डाणासाठी कसा उपयोग करून घेतला ते उत्तरार्धात पाहू.

(क्रमशः)