ભ્રમિલ

ભ્રમિલ (vortex) : પ્રવાહીમાં ઉદભવતી ગતિનો એક પ્રકાર.

ધારારેખીય ગતિ કરતાં પ્રવાહી કે વાયુમાં જ્યારે અણી વિનાનો પદાર્થ અવરોધક તરીકે રાખવામાં આવે ત્યારે આવો અવરોધક પદાર્થ પસાર કર્યા બાદ પ્રવાહીમાં ભ્રમિલ આકારો જોવા મળે છે, જે નીચેની આકૃતિમાં દર્શાવ્યા છે :

જ્યારે પ્રવાહ-ધારા કોઈ અવરોધક દ્વારા અવરોધાય ત્યારે તેની બહારની સપાટી તરફ ઓછી ઘનતાવાળા પ્રવાહીની જેમ જુદું પડ રચાતાં પ્રવાહમાં અવરોધકના આકાર મુજબ બીજી તરફ આકારો રચાય છે અને પરિણામે અવરોધક આગળ અને પાછળ દબાણના મૂલ્યમાં નાનકડો ફેરફાર થાય છે અને પરિણામે પ્રવાહમાં બે અલગ પડ રચાય છે. આમ અવરોધકના પાછળના પડમાં ભ્રમિલો રચાય છે. ભ્રમિલ એટલે અવરોધક બાદ સતત રચાતાં વમળો (eddies) આમ, પ્રવાહમાં અવરોધકને લીધે વમળો કે ભ્રમિલો રચાય છે અને પ્રવાહની ગતિ કરતાં અલગ ગતિ ધારણ કરીને આગળ વધે છે. આ સિદ્ધાંતને ભ્રમિલ અવરોધકનો સિદ્ધાંત (vortex shedding principle) કહે છે.

સામાન્યત: ભ્રમિલો પદાર્થની પ્રત્યાવર્તી દિશામાં ઉત્પન્ન થાય છે. જો પ્રવાહમાં રાખવામાં આવેલ અવરોધકને ચોક્કસ આકાર અને યોગ્ય સંદર્ભીય પ્રમાણોને આધારે નિયત સ્થાને ગોઠવવામાં આવે તો પ્રવાહના વેગના ફેરફારનું મૂલ્ય તેના રેનોલ્ડ અંકના સમપ્રમાણમાં હોય છે. વળી આવાં ભ્રમિલોની શક્તિ પણ અવરોધકના આકાર અને માપ પર આધારિત હોય છે. આકૃતિ 2માં જુદા જુદા આકારના અવરોધકો બતાવેલ છે :

પ્રવાહીમાં ઉદભવતાં ભ્રમિલો સાથે સંકળાયેલા પ્રવાહી કણો સામાન્યપણે બંધિત વર્તુળમાં કોઈ એક અક્ષની કે વક્રાકાર રેખાની સાપેક્ષ વર્તુળાકાર ભ્રમણ કરતાં હોય છે. જો ગતિ કરતા પ્રવાહી માટે દરેક કણની ગતિ તેની ભ્રમણ-અક્ષથી તે કણ સુધીના અંતરના સમપ્રમાણમાં હોય તો ઉત્પન્ન થતાં ભ્રમિલોને ‘બળ-ભ્રમિલો’ (forced vortex) કહે છે. બળ-ભ્રમિલના કિસ્સામાં દરેક કણનો કોણીય વેગ સમાન હોય છે, જ્યારે મુક્ત ભ્રમિલ ગતિમાં દરેક કણની ગતિ તેના ભ્રમણ-અક્ષથી તે કણ સુધીના અંતરના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે. તેથી આવી ગતિના નિયમો સામાન્ય ગતિના નિયમો કરતાં અલગ હોય છે. વળી આ પ્રકારની ગતિમાં દરેક અલગ કણ ભ્રમણ પામતો નથી, છતાં દરેક કણને વર્તુળાકાર માર્ગ દ્વારા સમજાવાય છે. જો એવું ધારવામાં આવે કે પ્રવાહી નાના શંકુ-આકાર (conical) ઘટકોનું બનેલું છે અને તેનો સૌથી આગળનો ભાગ ઉત્તર દિશા તરફ છે તો આવા સંજોગોમાં શંકુચ્છેદ સમગ્ર વર્તુળાકાર ભાગની ઉત્તર બાજુ તરફ ગતિ કરશે. આ પ્રકારની ગતિ અનેક કુદરતી ઘટનાઓમાં ઉદભવતી હોય છે; જેમ કે, ભ્રમિલ ઝંઝાવાત, વાવાઝોડું તેમજ દરિયાને વાદળ મળતાં રચાતા જલ-સ્તંભ (water spout) વગેરેમાં. આ પ્રકારની ગતિમાં માત્ર કેન્દ્ર જ સામાન્ય ગતિના નિયમોને અનુસરે છે; બાકીના શંકુભાગની ગતિ રેન્કિનનાં દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે. તેથી આ ગતિ દ્વારા ઉત્પન્ન થતાં ભ્રમિલોને ‘રેન્કિનનાં સંયુક્ત ભ્રમિલો’ કહેવામાં આવે છે.

પ્રવાહમાં અંતરાય દ્વારા ભ્રમિલ ઉત્પન્ન થતાં હોવાથી કહી શકાય કે આવો અંતરાય પ્રવાહમાં એક પ્રકારનું બળ ઉત્પન્ન કરે છે. વિવિધ આકારના અંતરાયો પ્રવાહમાં જુદા જુદા મૂલ્યનું બળ રચે છે. જો આવું બળ શ્રાવ્ય આવૃત્તિના ગાળાની આવૃત્તિ જેટલું બળ ઉત્પન્ન કરે તો પ્રવાહીમાં તીણો અવાજ (humming) ઉત્પન્ન થાય છે અને આવૃત્તિ(કંપન)ને પરિણામે ઊલટસૂલટ ભ્રમિલો ઉત્પન્ન થાય છે. આમ, એકબીજાંથી વિરુદ્ધ દિશામાં ગતિ કરતાં ભ્રમિલોને કારમાન ભ્રમિલ (Karman vortex street) કહેવાય છે.

સામાન્ય રીતે અવરોધકો દ્વારા ઉત્પન્ન થતો તરંગ ખૂબ જ નબળો, અવ્યવસ્થિત અને ઘોંઘાટપ્રેરક હોય છે. ભ્રમિલોનો અભ્યાસ વાયુગતિવિદ્યા (aerodynamics), દ્રવગતિકી (hydrodynamics) અને લિફ્ટ વગેરેમાં ઉત્પન્ન થતા ખેંચાણ(drag)બળના અભ્યાસમાં અતિઉપયોગી થાય છે. નદી કે દરિયામાં પડેલા વિશાળ ખડકોના ટુકડા, બહુમાળી ઇમારતો આસપાસ ફૂંકાતા પવનો વગેરે ભ્રમિલો ઉત્પન્ન કરે છે. એ સિવાય સતત ખેંચાયેલા ટેલિફોન તારની આસપાસ પણ સતત ફૂંકાતા પવનો ભ્રમિલો રચે છે. જો આવાં ભ્રમિલો પૂરતી શક્તિ અને માપનાં હોય તો તે સંચારણમાં ઘોંઘાટ પેદા કરી શકે છે. જો ઉત્પન્ન થતાં ભ્રમિલો ખૂબ જ મોટાં બની જાય તો ક્યારેક સંચારણના તાર તૂટી પણ પડે છે અને તેથી સંચારણમાં વિક્ષેપ પેદા થાય છે. એ સિવાય મોટી નદી પર બાંધવામાં આવતા પુલોની રચનામાં પણ ભ્રમિલોના ઉત્પાદન તેમજ તેમની શક્ય શક્તિ વિશેની જાણકારી આવશ્યક હોય છે. 1940માં અતિ મોટાં ભ્રમિલો દ્વારા ઉત્પન્ન થતાં કંપનોને પરિણામે યુ.એસ.ના કૉલોરાડો રાજ્યમાં આવેલો ટેકોમા (Tecoma) નામનો પુલ દુર્ઘટનાગ્રસ્ત થયો હતો.

ભ્રમિલો વિશેની વિશદ છણાવટ અને અભ્યાસ વૉન વેઇઝકર-(Von Weizsaeker)ના સિદ્ધાંતથી થઈ શક્યાં છે. વળી ધૂળ-વાદળના સિદ્ધાંત (dust cloud theory of planetary evolution) દ્વારા પણ એવો અભ્યાસ થાય છે; આમ છતાં અતિ આધુનિક વિદ્યુત-ઉપકરણો દ્વારા પણ ભ્રમિલો વિશેનું સંપૂર્ણ આકલન થઈ શક્યું નથી. પ્રાપ્ય માહિતીની મદદથી ભ્રમિલોના માપન માટે ભ્રમિલ-મીટરો પણ બનાવાયાં છે.

કિશોર પોરિયા