जलस्तंभ वायूभार मापक

नळीतील पाणी बादलीत उतरेल का?

एक अर्धा इंच व्यासाची, १२ मीटर लांबीची, पारदर्शक नळी पाण्याने पूर्ण भरून तिच्या दोन्ही बाजूंना बुचे लावून बंद केली. गच्चीवरून खाली अशा प्रकारे टांगली की खालचे टोक जमिनीच्या किंचित वरच राहील. मग अर्धा बादली पाणी घेऊन त्या बादलीतील पाण्यात ते खालचे टोक बुडविले आणि त्याचे बुच काढून टाकले. वरच्या टोकाचे बुच अजूनही बंदच आहे. अशा अवस्थेत त्या नळीतील पाणी, खालील बादलीत उतरेल का?

ह्या प्रश्नाचे तुमचे उत्तर काय असेल?

इटालीतील गॅलिलिओ ह्यांचे शिष्य इव्हान्जेलिस्ट टॉर्रिसेली ह्यांनी इसवीसन १६४३ साली, त्यांच्या घरी हा प्रयोग करून पाहिला होता. मात्र १२ मीटर उंचीची नळी घरातून उंच बाहेर येत असल्याने, टॉर्रिसेली काहीतरी जादूटोणा करत असतील ह्या संशयावरून शेजार्‍यांनी तो बंद पाडला होता. मग त्यांनी असा विचार केला की पार्‍याची घनता पाण्याहून १३.६ पट जास्त असते. म्हणून जर पाण्याऐवजी पारा वापरला तर नळीची उंची १ मीटरपर्यंत सीमित राहून हा प्रयोग घरातच केला जाऊ शकेल. त्याकरता त्यांनी एका बाजूने बंद असलेली, १ मीटर लांबीची काचेची नळी पार्‍याने भरून, पार्‍याच्या वाडग्यात उपडी केली. तोंडावरचे झाकण काढताच त्यातील पारा सुमारे ७६ सेंमी उंचीपर्यंत, खाली वाडग्यात उतरला. वर राहिली ’पोकळी’. जिला पुढे ’टॉर्रिसेलीची पोकळी’ हेच नाव पडले. १ मिमी पार्‍याच्या उंचीच्या दाबाइतक्या निखळ दाबास मग त्यांच्या सन्मानार्थ १ टॉर म्हणू लागले.

आता आपण आपल्या मूळ प्रश्नाकडे वळू या!

खालचे बुच उघडल्यावर नळीतील पाणी बादलीत उतरेल का?

खूप लोक उतरेल म्हणतात. अनेक जण उतरणार नाही म्हणतात. प्रत्यक्षात काय होते, ते पाहण्याकरता आम्ही हाच प्रयोग केला. त्यात असे आढळून आले की, पाणी बादलीत उतरू लागते, मात्र विशिष्ट पातळी गाठताच ते आणखी खाली उतरायचे थांबते. बादलीतील पाण्याच्या पातळीपासून ह्या पातळीची उंची एक जलस्तंभ निर्माण करते, ज्याचा दाब, पाण्यातील पातळीवर अस्तित्वात असलेल्या वातावरणीय वायूंच्या दाबाइतका असतो. आमच्या बाबतीत तो ९.८ मीटर इतका आढळून आला होता. याचाच अर्थ असा की, त्या दिवसाचा, त्या वेळचा, तिथला वातावरणीय दाब ९.८ मीटर पाण्याच्या स्तंभाच्या दाबाइतकाच होता. कारण पाण्याच्या पातळीवर नळीच्या आत पाण्याचा स्तंभ असतो, आणि नळीच्या बाहेर वातावरणीय वायूंचा दाब. पाण्याच्या पातळीवर त्यांचे संतुलन झाले की, नळीतील पाणी खाली येणे थांबते. आता नळीतील पाण्याची पातळी मोजण्याकरता आम्ही तिसर्‍या मजल्यावर काही जण निरीक्षण करत असतो, तर खालून, पाण्यात असतांनाच त्या नळीत लाकडाची काडी सोडली जाते. ती पाण्याहून हलकी असल्याने तरंगत तरंगत वर वर जाते. पाण्याच्या पातळीवर जाऊन तरंगू लागते. त्यामुळे पातळीची उंची मोजणे सोपे होते.

आकाशात वातावरणीय वायूंच्याही वर काय असते? तर काहीच नसते. असते ती केवळ निर्वात (म्हणजे कोणताही वायू नसलेली) पोकळी. तसेच नळीच्या आतही पाण्याच्या पातळीच्या वरील रिकाम्या जागेत काय असते? तर केवळ निर्वात (म्हणजे कोणताही वायू नसलेली) पोकळी. हिलाच मग टॉर्रिसेली साहेबांच्या सन्मानार्थ ’टॉर्रिसेलीची पोकळी’ (टॉर्रिसेलीअन व्हॅक्यूम) म्हणू लागले.

लोकसाधना संस्थेतील प्रयोगात जलस्तंभाची उंची १० मीटर असल्याचे आढळून आले. डोंबिवलीत आम्हाला ही उंची ९.८ मीटर असल्याचे आढळले होते. दापोली समुद्रसपाटीपासून २४० मीटर उंचीवर आहे तर डोंबिवली १३.५ मीटर उंचीवर आहे. म्हणजेच २२६.५ मीटर उंचीच्या हवेच्या स्तंभा इतका किंवा ०.२३ मीटर पाण्याच्या स्तंभाच्या दाबाइतका  फरक दोन्हींच्या वायूभारांत असायला हवा. दापोलीतील दाब कमी असायला हवा. प्रत्यक्षात उलटेच दिसले. ह्याचे कारण प्रामुख्याने तेथील पाण्यांच्या घनतांत असले पाहिजे. दापोलीतील पाणी हलके असेल आणि डोंबिवलीतील पाणी जड असेल तरच हे शक्य आहे. यावरून सहजच एक असाही निष्कर्ष काढता येईल की, दापोलीतील पाणी अधिक शुद्ध आहे. त्यामुळे तेथे राहणे अधिक श्रेयस्कर आहे.