લાખો કિલોગ્રામ વજન ધરાવતું વિમાન આકાશમાં કેવી રીતે ઊડે છે?

આકાશમાં ઊડતા વિમાનને જોઈને લગભગ દરેક વ્યક્તિ આકર્ષાય છે. નાના અને મોટા દરેકને આ વિમાન વિશે એક પ્રશ્ન હોય છેઃ આટલું મોટું વિમાન હવામાં કેવી રીતે ઊડતું હશે?

ચાલો, વિમાનના હવામાં ઊડવા પાછળનું વાસ્તવિક વિજ્ઞાન સમજીએ.

વિમાનના હવામાં ઉડ્ડયનના વિજ્ઞાનને ડાયનેમિક્સ ઑફ ફ્લાઇટ કહેવામાં આવે છે.

તેની માહિતી મેળવતા પહેલાં વિમાન જે હવામાં ઊડે છે તે હવા વિશેની જાણકારી પ્રાપ્ત કરી લઈએ.

હવા શું હોય છે?

હવા કે વાયુ એક ભૌતિક વસ્તુ છે. તેનું વજન હોય છે.

હવામાં શું હોય છે? તેમાં ઑક્સિજન, નાઇટ્રોજન અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ જેવા વિવિધ વાયુઓ હોય છે.

આ વિવિધ ઘટકોના પરમાણુઓ હવામાં સતત ફરતા રહે છે, જેના કારણે હવાનું દબાણ બને છે. આ વહેતી હવામાંથી બળ અથવા શક્તિનું નિર્માણ થાય છે.

એ બળને કારણે જ હલકી વસ્તુઓ હવામાં ઉપર અથવા નીચે જઈ શકે છે.

હવામાં પક્ષીઓ, પતંગો, ફૂગ્ગાઓ અને વિમાનો વગેરેને ખેંચવાની કે ધકેલવાની શક્તિ હોય છે. તેથી જ ઊડતી દરેક વસ્તુ માટે હવા જરૂરી છે.

વિમાનનું વજન શા માટે મહત્ત્વપૂર્ણ છે?

ઉડાન માટે વિમાનનું વજન ખૂબ જ મહત્ત્વનું હોય છે, કારણ કે એ વજન પર ઘણી વસ્તુઓનો આધાર હોય છે.

પ્રત્યેક વિમાનનું મહત્તમ ટેકઑફ વજન (Maximum Take-off Weight-MTW) નક્કી હોય છે. એટલે કે દરેક વિમાન કેટલા વજન સાથે ઉડાન ભરી શકે તેની મર્યાદા હોય છે.

તેમાં વિમાનના વજન, વિમાનમાં રહેલા બળતણના વજન, શૌચાલય માટે જરૂરી પાણીનું વજન, મુસાફરો, ચાલક દળના સભ્યો, તેમનો સામાન અને તેમના ખોરાક વગેરેના વજનનો સમાવેશ થાય છે.

બૉઇંગ ડ્રીમલાઇનરની વાત કરીએ તો તેની વજનવહન ક્ષમતાની મર્યાદા 2,27,950 કિલોગ્રામ અથવા 227.95 મેટ્રિક ટનની હોય છે.

સરખામણી માટે તેને હાથીના વજનના સંદર્ભમાં સમજીએ. એક પૂર્ણ વિકસિત આફ્રિકન હાથીનું વજન લગભગ સાત ટન હોય છે. કલ્પના કરો કે વિમાન તેના કરતાં કેટલું ભારે હશે.

સવાલ એ થાય કે આટલું બધું વજન હોવા છતાં વિમાન ઊડે છે કેવી રીતે? આ સવાલનો જવાબ મેળવવા માટે સર આઇઝેક ન્યૂટને રજૂ કરેલા ગતિના નિયમો અથવા ગતિના સિદ્ધાંતો સમજવા જરૂરી છે.

ગતિના નિયમની ભૂમિકા

આ સિદ્ધાંત અનુસાર, કોઈ વસ્તુમાં ગતિ ન હોય તો તે પોતાની મેળે આગળ વધતી નથી. બીજી તરફ, કોઈ વસ્તુ ગતિમાન હોય તો તે, જ્યાં સુધી તેને કોઈ વસ્તુ દ્વારા ધકેલવામાં નહીં આવે ત્યાં સુધી અટકશે નહીં કે દિશા બદલશે નહીં.

તેનો અર્થ એ થયો કે જો કોઈ વસ્તુને જોરથી ધકેલવામાં આવે, તો તે ઝડપથી આગળ વધશે અને વધુ અંતર કાપશે.

તેથી કોઈ બળ કોઈ વસ્તુને એક દિશામાં ધકેલે છે, ત્યારે વિરુદ્ધ દિશામાં તે વસ્તુ પર સમાન બળ હોય છે.

ફોર્સિસ ઑફ ફ્લાઇટ કેવી રીતે કામ કરે છે?

વિમાન ઊડે છે ત્યારે નીચે મુજબના ચાર પ્રકારના દબાણ મહત્તપૂર્ણ હોય છે. તેને ફોર્સિસ ઑફ ફ્લાઇટ કહેવામાં આવે છે.

તે ફોર્સિસ ઑફ ફ્લાઇટમાં લિફ્ટ (વિમાનને ઉપર ધકેલતું બળ), ડ્રેગ (તેને પાછળ ખેંચતુ બળ), વજન (ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે તેને નીચે ખેંચતું બળ) અને થ્રસ્ટ (તેને આગળ ધકેલતું બળ)નો સમાવેશ થાય છે.

હવામાં ઊડવા માટે વિમાનની પાંખો સૌથી મહત્ત્વપૂર્ણ છે. તમે આકાશમાં ઊંચે ઊડતાં પક્ષીઓની પાંખોને નજીકથી જોશો તો તેમાં તમને તેમની અને વિમાનની પાંખો વચ્ચે સમાનતા દેખાશે.

આ પાંખો એક બાજુ ફૂલેલી અને બીજી બાજુ સંકુચિત હોય છે. તેમાં એક વક્રાકાર હોય છે.

પાઇલટ વિમાનનું એન્જિન ચાલુ કરે, વિમાન વેગ પકડે અને ગતિ વધતી જાય છે. વિમાનની પાંખો પર અને તેની સાથે વધુને વધુ હવા વહેવા લાગે છે.

કેટલીક હવા પાંખો ઉપર જાય છે તો કેટલીક નીચે જાય છે. એ હવાની ગતિ અલગ-અલગ હોય છે.

પાંખના ઉપરના વક્રાકાર ભાગમાં હવા ઝડપથી જાય છે, જ્યારે નીચેની સપાટ બાજુ પર હવા ધીમી જાય છે.

હવા ઝડપથી આગળ વધે છે ત્યારે હવાનું દબાણ ઘટે છે. એટલે કે વિમાન ઊડી રહ્યું હોય, ત્યારે વિમાનની પાંખોની ટોચ પર હવાનું દબાણ ઓછું હોય છે અને પાંખોના તળિયે હવાનું દબાણ વધારે હોય છે.

હવાના દબાણમાંનો આ તફાવત વિમાનની પાંખો પર એક બળ બનાવે છે, જેના કારણે પાંખો ઊંચી થાય છે.

પરિણામે આખું વિમાન ઊંચકાય છે. આ બળને લિફ્ટ કહેવામાં આવે છે.

વિમાન લગભગ 250-300 કિલોમીટર-પ્રતિ કલાકની ગતિએ પહોંચે છે, ત્યારે આ લિફ્ટ ફોર્સ એટલો વધી જાય છે કે વિમાન ટેક-ઑફ કરે છે.

વિમાનનું વજન જેટલું વધારે હોય એટલી જ ગતિ તેણે ઉડાન ભરવા માટે મેળવવી પડે છે. હવાના દબાણને કારણે વિમાન હવામાં તરતું રહે છે.

ધારો કે તમારા હાથ વિમાનની પાંખો છે. એક પાંખ નીચી કરીને અને બીજી પાંખ ઉંચી કરીને વિમાન દિશા બદલી શકે છે એટલે કે વળાંક લઈ શકે છે.

વિમાનના આગળના ભાગને ઉપર અથવા નીચે નમાવીને વિમાનને ઉપર-નીચે રોકી શકાય છે.

વિમાનની કૉકપીટમાં પાઇલટ્સ રડાર, નૅવિગેશન કંટ્રૉલ, ઑલ્ટિટ્યૂડ ઇન્ડિકેટર, સિસ્ટમ ઇન્ફર્મેશન ડિસ્પ્લે, ડાયરેક્શન ફાઇન્ડર, ફ્લાઇટ ડિસ્પ્લે, થ્રૉટલ, કંટ્રૉલ વ્હીલ્સ અને રડર બ્રૅક પેડલ્સ જેવી સિસ્ટમ્સનો ઉપયોગ કરીને વિમાનને નિયંત્રિત કરે છે.

પાઇલટ્સ સતત ગ્રાઉન્ડ કંટ્રોલના સંપર્કમાં રહે છે. હવે તો અત્યાધુનિક ઑટોપાઇલટ સિસ્ટમ ટેકઑફથી લઈને લૅન્ડિંગ સુધીનું બધું જ સંભાળી શકે છે.

વિમાનના લૅન્ડિંગ વખતે શું થાય છે?

વિમાનની સરેરાશ વાયુ ગતિ પ્રતિ કલાક 880-926 કિલોમીટરની હોય છે. લૅન્ડિંગ દરમિયાન આ ગતિ ઓછી થઈ જાય છે. વિમાન નીચે ઊતરવાનું શરૂ કરે ત્યારે પાઇલટ ફ્લૅપ્સ અને સ્લેટ્સ એટલે કે પાંખોની બંને બાજુના વાલ્વ ખોલે છે. તેનાથી વિમાનની પાંખો વિસ્તરે છે અને તે વધુ હવાને પકડે છે.

પછી ઍરબ્રેક્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. એ પાંખો પર વહેતી હવાને અવરોધે છે, જેના કારણે વિમાન નીચે ઊતરે છે.

લૅન્ડિંગ ગિયરના ઉપયોગથી પૈડાં વિમાનના તળિયેથી બહાર આવે છે. વિમાન નીચે આવી જાય, ત્યારે પૈડાં જમીનને સ્પર્શે છે અને એન્જિનમાંથી નીકળતી હવા વિરુદ્ધ દિશામાં ફેંકાઈ જાય છે. તેનાથી વિમાનની ગતિ ઘટે છે. પાંખો પરની ઍરબ્રેક્સ સીધી થઈ જાય છે અને પૈડાંને પણ બ્રૅક મારવામાં આવે છે.

પવનની દિશા તથા ગતિ, ઢાળવાળો કે સપાટ રન-વે, રન-વેની લંબાઈ, તેના પરનું પાણી કે બરફ, ટચડાઉન ઝોનની લંબાઈ તથા ઊંચાઈ, વિમાન જે ઊંચાઈ પરથી ઉતરતું હોય તે, તેનું વજન અને હવામાનની પરિસ્થિતિઓ આ બધું જ વિમાનના ઉતરાણ પર અસર કરે છે.

તેથી જ સૉફ્ટ લૅન્ડિંગ એટલે કે વિમાનને રન-વે પર ટક્કર માર્યા વિના ઉતારવાની આવડત પાઇલટની કુશળતા દર્શાવે છે.

બીબીસી માટે કલેકટિવ ન્યૂઝરૂમનું પ્રકાશન