अमेरिकेतल्या पहिल्या पेंड्युलम घड्याळातील दोषामुळे फिजिक्सला कलाटणी मिळाली

आमचे इतर लेख वाचण्यासाठी आणि व्हिडीओ पाहण्यासाठी क्लिक करा : फेसबुक , युट्युब

जगात २४ तासांत कित्येक गोष्टी घडत असतात. दिवस नेमका २४ तासांत कसा विभागला गेला असेल? सूर्योदय-सूर्यास्ताच्या वेळा कशा ठरवल्या असतील, हा एक कुतूहलाचा विषय आहे. आता आपल्या मनगटावर घड्याळ आपण मिरवत असतो त्याचा इथपर्यंतचा प्रवास बऱ्याच निरनिराळ्या टप्प्यांमधून झालाय. पूर्वी लोक वेळ मोजण्यासाठी सावल्यांच्या दिशांवरून अंदाज लावत.

नंतर हळूहळू पाण्याचं घड्याळ, वाळूचं घड्याळ एवढेच नाही, तर मेणबत्तीचंसुद्धा घड्याळ वापरत होते! तास मोजण्यासाठी मेणबत्तीवर विशिष्ट अंतरावर खुणा केलेल्या असायच्या आणि त्यावरून वेळ ठरवली जायची. पण तरीही या सगळ्या पद्धती तंतोतंत वेळ दाखवत नव्हत्या. प्रत्येकात काही ना काही दोष आढळला आणि त्यातूनच पुन्हा नवी पद्धत शोधण्याचे प्रयत्न झाले.

या सगळ्यानंतर त्यातल्या त्यात अचूक म्हणता येईल अशा घड्याळाचा शोध लागला. ते घड्याळ म्हणजे पेंड्युलम घड्याळ (pendulum clock).

जवळपास सतराव्या शतकापासून हे पेंड्युलमचे घड्याळ वापरात होते. १९२० साली क्वार्ट्झ क्रिस्टल घड्याळाचा शोध लागेपर्यंत हे पेंड्युलम घड्याळच सगळ्यांच्या भिंतींवर टिकटिक करत होते. या घड्याळामुळे लोकांना त्यांच्या दैनंदिन जीवनातील वेळात तर पाळता आल्याच, पण भन्नाट गोष्ट म्हणजे या पेंड्युलमच्या घड्याळातील दोष शोधता-शोधता फिजिक्समधला एक नवा शोध लागला! या शोधामुळे पूर्वीची परिमाणं बदलावी लागली आणि नवी समीकरणं मांडावी लागली. तो शोध कोणता आणि त्याचा पेंड्युलमच्या घड्याळाशी काय संबंध ते आपण पाहूया.

पेंड्युलमचे घड्याळ १६५६च्या दरम्यान नेदरलँडच्या, ख्रिश्चन ह्युजन यांनी शोधून काढले. आधी वापरात असलेल्या घड्याळांपेक्षा याची अचूकता जास्त होती. त्यामुळे त्याला आणखी अचूक बनवण्यासाठी सगळ्यांनी धडपड सुरू केली. त्यासाठी ते घड्याळ अमेरिकेत आणले गेले, पण अमेरिकेत आणल्यानंतर एक विचित्र प्रकार घडला! युरोपात असताना घड्याळ अगदी अचूक वेळ दाखवत होते, शिवाय सूर्योदय-सूर्यास्त, चंद्रोदय-चंद्रास्त यांच्या वेळांबरोबर साधर्म्यसुद्धा दाखवत होते.

पण त्यानंतरच्या आठवडाभरातच अमेरिकेत मात्र या घड्याळाने आपली वेळ बदलायला सुरुवात केली. ते घड्याळ अमेरिकेत चुकीची वेळा दाखवू लागले. अमेरिकेत आणलेलं हे पहिलंच घड्याळ सपशेल अपयशी ठरलं. पण ही तर फक्त या गोष्टीची सुरुवात होती, कारण या गोष्टीमुळे आपल्याला पृथ्वीच्या फिरण्यामागचं खरं विज्ञान समजायला मदत झाली.

हजारो वर्षांपासून सूर्याच्या सावल्यांव्यतिरिक्त वेळ समजण्यासाठी कुठलं साधन उपलब्ध नव्हतं. पण १६०० च्या सुरुवातीला गॅलिलिओला पेंड्युलमचा लागलेला शोध हा एक मैलाचा दगड ठरला. गॅलिलिओने ताडलं की पेंड्युलमचा एक फेरा पूर्ण होण्यासाठी लागणारा वेळ हा त्याच्या लांबीशी संबंधित असतो. त्यामुळे पेंड्युलमचा घड्याळात वापर करता येऊ शकतो. त्याने ही कल्पना १६३७ साली मांडली होती, त्यानंतर १६४२ मध्ये त्याचा मृत्यू झाला पण त्याची कल्पना मात्र जिवंत राहिली!

पुढे १६५६ मध्ये ख्रिश्चन ह्युजनने सर्वात पहिले पेंड्युलम घड्याळ शोधून काढले. हा शोध बऱ्याच बाबतीत आदिम आणि क्रांतिकारी होता. पुढच्या काही दशकांत त्यात बर्‍याच सुधारणा करण्यात आल्या.

घड्याळाची अचूकता वाढवण्यासाठी त्याचा फेरा लहान करण्यात आला, पेंड्युलमची लांबी वाढवून त्याच्या शेवटी जड वजन लावण्यात आले, त्यामुळे ते घड्याळ दीर्घायुषी बनले.

शिवाय त्याच्याही पुढे जाऊन त्या पेंड्युलमची लांबी 0.994 मीटर करण्यात आली, त्यामुळे पेंड्युलमचा एक फेरा बरोबर 1 सेकंदात पूर्ण होऊ लागला. आणि एका तासाला समान भागांमध्ये विभागण्यासाठी मिनिट काट्याचा वापर करण्यात आला. या गोष्टींमुळे वेळेचा आणखी योग्य वापर करता येऊ लागला. त्यानंतरही बर्‍याच अडचणी आल्या, जसे की, तापमानातील फरकामुळे पेंड्युलमसाठी वापरलेला धातू वितळत असे किंवा आकुंचन पावत असे, त्यामुळे त्याच्या लांबीत फरक पडू लागला आणि वेळेतही. त्यासाठी तापमान फरकात स्थिर राहणारा धातु वापरला गेला आणि ही समस्यासुद्धा दूर केली गेली.

बऱ्याच प्रयत्नानंतर ही अमेरिकेच्या पहिल्या घड्याळ्यात पाहिजे तेवढी अचूकता येत नव्हती. त्यामुळे अमेरिकेने पहिले घड्याळ आयात करायचे ठरवले. हे घड्याळ युरोपातून मागवले गेले. विशेष म्हणजे नेदरलँडमध्ये असताना या घड्याळात सगळ्या वेळा अचूक दाखवल्या  होत्या. संपूर्ण महिनाभर हे घड्याळ व्यवस्थित चालत होतं. पण जेव्हा त्याला अमेरिकेत आणलं गेलं तेव्हा त्याचं सगळंच बिघडलं.

आठवड्याभरात लोकांच्या लक्षात आलं की या नव्या घड्याळाच्या वेळेनुसार सूर्योदय आणि चंद्रोदयसुद्धा होत नव्हता. शिवाय दिवसेंदिवस आणखीनच चुकीच्या वेळा दाखवू लागले. पहिल्या आठवड्याच्या शेवटी तर हे घड्याळ तब्बल पाच मिनिटांनी मागे पडले. लोकांनी असा अंदाज लावला की समुद्र प्रवासादरम्यान या घड्याळात काहीतरी बिघाड झालेला असणार. त्यामुळे त्यांनी ते पुन्हा नेदरलँडला दुरुस्तीसाठी पाठवले.

नेदरलँडला पोहोचल्यानंतर पुन्हा एक चमत्कार झाला! तिथल्या शास्त्रज्ञांनी त्यांच्याकडच्या सगळ्या घड्याळ्यांशी त्याला जुळवून बघितले, आणि आश्चर्य म्हणजे नेदरलँडला हेच घड्याळ अगदी अचूक वेळा दाखवू लागले! नेदरलँडमधून हे घड्याळ जेव्हा पुन्हा अमेरिकेत आणले गेले, तेव्हा त्याने अचूक वेळा दाखवणं अपेक्षित होतं. पण असं अजिबात झालं नाही!

अमेरिकेत येऊन घड्याळ पुन्हा चुकीच्या वेळा दाखवू लागलं. याच्या खोलात गेल्यानंतर कळलं की दोष घड्याळात नाहीच! ही गोष्ट समजण्यासाठी गुरुत्वाकर्षणाचे जे ज्ञान पाहिजे तेच अपुरे आहे!!

कारण मुळात पेंड्युलम गुरुत्वाकर्षणावर चालतं. पेंड्युलम दुसऱ्या टोकाला गेल्यानंतर त्याला त्याच्या मूळ पदावर आणण्याचे काम हे गुरुत्वाकर्षण करतं. हे अगदी खरंय की, पेंड्युलमच्या एका फेऱ्याचा कालावधी हा त्याच्या लांबीशी संबंधित असतो. म्हणजे तुम्हाला पेंड्युलमचा एक फेरा निम्म्याने कमी करायचा असेल, तर त्याची लांबी मात्र आधीच्या लांबीच्या चौथाईच ठेवावी लागते.

न्यूटनच्या नियमांपूर्वी आपल्याला गुरुत्वाकर्षणाचं तुटपुंजं ज्ञान होतं आणि आपण असंच समजायचो की, पृथ्वीवर सर्वत्र गुरुत्वाकर्षण एकसारखं असतं. पण असं नाहीये, कारण पृथ्वीच्या परिवलनामुळे ती विषुववृत्तावर फुगीर आणि ध्रुवीय भागात चपटी आहे. ग्रहाचे संपूर्ण वस्तुमान त्याच्या केंद्रात एकवटल्यामुळे गुरुत्वाकर्षणसुद्धा त्याच संदर्भात लागू पडत असतं. म्हणजेच आपण जेव्हा ध्रुवावर असतो तेव्हा तुलनेने पृथ्वीच्या केंद्राच्या जास्त जवळ असतो, आणि विषुववृत्तावर असताना दूर. त्यामुळे अर्थातच या गुरुत्वीय बलामध्ये फरक असतो. हा फरक अगदी थोडा असला तरीही त्यामुळे भौतिकशास्त्रातील बरीच समीकरणं बदलतात.

अक्षवृत्तीय विस्तारानुसार हा फरक तर पडतोच, पण यावर उंचीचासुद्धा परिणाम होत असतो. म्हणजेच ध्रुवाकडील एका सखल भागात गुरुत्वाचा प्रवेग (acceleration due to gravity), g हा 9.834 पर मीटर स्क्वेअर एवढा भरतो तर, विषुववृत्ताच्या पर्वतीय भागात सर्वांत कमी म्हणजेच, 9.764 पर मीटर स्क्वेअर एवढा भरतो. त्यामुळे पेंड्युलमच्या कालावधीत फरक पडतो.

न्यूटनच्या शोधापूर्वीसुद्धा पेंड्युलम घड्याळाच्या या प्रयोगामुळे, गुरुत्वाकर्षण पृथ्वीवर सर्वत्र एकसारखे नाही याचा शोध लागला होता. कारण पेंड्युलमच्या कालावधीवर परिणाम करणाऱ्या घटकांमध्ये त्याच्या लांबी व्यतिरिक्त आणखी दोन घटक आहेत ते म्हणजे उंची आणि अक्षांश.

असं हे अमेरिकेतील पहिलं घड्याळ गुरुत्वाकर्षणाच्या नियमांचीच चिकित्सा करणारं ठरलं!

आमचे इतर लेख वाचण्यासाठी आणि व्हिडीओ पाहण्यासाठी क्लिक करा : फेसबुक , युट्युब | Copyright © ThePostman.co.in | All Rights Reserved.