கட்டுமானப் பொருள் அறிவியலில் இயற்பியல்
பெண்டாஹுலுவான்
இயற்பியல் என்பது பிரபஞ்சத்தின் பண்புகளையும் நிகழ்வுகளையும் ஆராயும் ஒரு அறிவியல் பிரிவாகும். கட்டுமானப் பொருள் அறிவியலின் பின்னணியில், இயற்பியல் ஒரு முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது. இயற்பியலின் கோட்பாடுகளைப் புரிந்துகொள்வது, பொறியாளர்களுக்கும் கட்டிடக் கலைஞர்களுக்கும் பாதுகாப்பான, திறமையான மற்றும் நீடித்த கட்டமைப்புகளை வடிவமைக்கவும் கட்டவும் உதவுகிறது. இந்தக் கட்டுரை, இயந்திரவியல் மற்றும் வெப்ப இயக்கவியல் முதல் பொருட்களின் பண்புகள் வரை, கட்டுமானப் பொருள் அறிவியலில் இயற்பியலின் கோட்பாடுகள் எவ்வாறு பயன்படுத்தப்படுகின்றன என்பதைப் பற்றி விவாதிக்கும்.
பொருட்களின் இயக்கவியல்
கட்டுமானத்தில் நியூட்டனின் விதிகள் மற்றும் பயன்பாடுகள்
கட்டுமானப் பொருட்கள் அறிவியலில் இயற்பியலின் மிகவும் பொருத்தமான அடிப்படைக் கோட்பாடுகளில் ஒன்று நியூட்டனின் விதிகள் ஆகும். நியூட்டனின் முதல் விதி நிலைமத்தைப் பற்றிக் கூறுகிறது. அதாவது, ஒரு பொருளின் மீது புறவிசை செயல்படாத வரை, அது ஓய்வு நிலையிலோ அல்லது ஒரு நேர்கோட்டில் சீரான இயக்கத்திலோ இருக்கும். கட்டிடக் கட்டுமானத்தில், இதன் பொருள் என்னவென்றால், காற்று, நிலநடுக்கங்கள் அல்லது பிற இயக்கச் சுமைகள் போன்ற புறச் சுமைகளைத் தாங்கும் வகையில் கட்டமைப்புகள் வடிவமைக்கப்பட வேண்டும் என்பதாகும் .
நியூட்டனின் இரண்டாம் விதியின்படி, ஒரு பொருளின் முடுக்கமானது அதன் மீது செலுத்தப்படும் விசைக்கு நேர் விகிதத்திலும், அதன் நிறைக்கு எதிர் விகிதத்திலும் இருக்கும் (F = ma). கட்டிடங்களைப் பொறுத்தவரை, கட்டமைப்புப் பொறியாளர்கள் இந்த விதியைப் பயன்படுத்தி, உத்திரங்கள், தூண்கள் மற்றும் அஸ்திவாரங்கள் போன்ற கட்டிடக் கூறுகள் அவற்றின் மீது செயல்படும் விசைகளைத் தாங்கும் வகையில் வடிவமைக்கின்றனர். உதாரணமாக, ஒரு பாலத்தை வடிவமைக்கும்போது, வாகனச் சுமைகள், காற்று மற்றும் நிலநடுக்கங்கள் போன்ற பல்வேறு விசைகளைக் கருத்தில் கொள்வதும், அந்தக் கட்டமைப்பு இடிந்து விழாமல் இந்த விசைகளைத் தாங்கக்கூடியதாக இருப்பதை உறுதி செய்வதும் அவசியமாகும்.
ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதி
ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதியின்படி, ஆற்றலை ஆக்கவோ அழிக்கவோ முடியாது; அதை ஒரு வடிவத்திலிருந்து மற்றொரு வடிவத்திற்கு மாற்ற மட்டுமே முடியும். கட்டிடப் பொருட்கள் அறிவியலில், இந்தக் கொள்கையானது கட்டிடங்கள் மற்றும் வெப்பமூட்டும், குளிரூட்டும் அமைப்புகளின் வெப்பத் திறனைப் பகுப்பாய்வு செய்வது போன்ற பல்வேறு வழிகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. உதாரணமாக, ஆற்றல் திறன்மிக்க கட்டிடங்களை (பசுமைக் கட்டிடங்கள்) வடிவமைக்கும்போது, பொறியாளர்கள் ஆற்றல் பயன்பாட்டை உகந்ததாக்குவதற்காக ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதியைப் பயன்படுத்துகின்றனர். எடுத்துக்காட்டாக, வெப்ப இழப்பைக் குறைக்க நல்ல வெப்பக் காப்புகளைப் பயன்படுத்துவது அல்லது சூரிய ஆற்றலை மின்சாரமாக மாற்ற சூரியத் தகடுகளைப் பயன்படுத்துவது போன்றவற்றில் அவர்கள் ஈடுபடுகின்றனர்.
கட்டுமானப் பொருட்களில் வெப்ப இயக்கவியல்
கடத்தல், வெப்பச்சலனம் மற்றும் கதிர்வீச்சு
வெப்ப இயக்கவியல் என்பது வெப்பம், ஆற்றல் மற்றும் வேலை ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான உறவைப் பற்றி ஆய்வு செய்யும் இயற்பியலின் ஒரு பிரிவாகும். கட்டிடங்களைப் பொறுத்தவரை, HVAC (வெப்பமூட்டல், காற்றோட்டம் மற்றும் குளிரூட்டல்) அமைப்புகளின் வடிவமைப்பிலும், கட்டிடப் பொருட்களைத் தேர்ந்தெடுப்பதிலும் வெப்ப இயக்கவியல் முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது.
வெப்பப் பரிமாற்றத்தின் மூன்று முக்கிய முறைகள் கடத்தல், வெப்பச்சலனம் மற்றும் கதிர்வீச்சு ஆகும். கடத்தல் என்பது ஒரு பொருளின் வழியே வெப்பம் கடத்தப்படுவதாகும், மேலும் ஒரு கட்டிடத்தின் வெப்பக் காப்புத்தன்மையைக் கருத்தில் கொள்ளும்போது இது மிகவும் முக்கியமானதாகும். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு கட்டிடத்தின் சுவர்கள் மற்றும் கூரை வழியாக வெப்பப் பரிமாற்றத்தைக் குறைப்பதற்காக, கண்ணாடிப் பஞ்சு அல்லது பாலிஸ்டிரீன் போன்ற வெப்பக் காப்புப் பொருட்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
வெப்பச்சலனம் என்பது ஒரு திரவத்தின், பொதுவாக காற்றின், இயக்கத்தின் மூலம் வெப்பம் கடத்தப்படுவதாகும். இந்த விஷயத்தில், முறையான காற்றோட்டம், திறமையான காற்று ஓட்டத்தை அனுமதிப்பதன் மூலம் உட்புற வெப்பநிலையை சீராக்க உதவும். கட்டிட அமைப்புகளைச் சேதப்படுத்தக்கூடிய ஈரப்பதம் மற்றும் பூஞ்சை போன்ற பிரச்சனைகளைத் தடுக்கவும் நல்ல காற்று ஓட்டம் அவசியமாகும்.
கதிர்வீச்சு என்பது மின்காந்த அலைகளின் வடிவில் வெப்ப ஆற்றல் கடத்தப்படுவதாகும் . எடுத்துக்காட்டாக, மெல்லிய அடுக்குக் கண்ணாடி கொண்ட ஜன்னல்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், சூரிய ஒளியால் ஏற்படும் வெப்பம் உள்ளே வருவதைக் குறைத்து, அதே சமயம் இயற்கை ஒளியையும் உள்ளே அனுமதிக்கலாம். இந்தத் தொழில்நுட்பம் லோ-இ (குறைந்த உமிழ்வுத்திறன்) கண்ணாடி என்று அழைக்கப்படுகிறது.
வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாம் விதி
வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாம் விதியின்படி, அதிக வெப்பநிலை உள்ள பகுதிகளிலிருந்து குறைந்த வெப்பநிலை உள்ள பகுதிகளுக்கு வெப்பப் பரிமாற்றம் தன்னிச்சையாக நிகழ்கிறது, ஒருபோதும் இதற்கு நேர்மாறாக நிகழ்வதில்லை. கட்டிடங்களைப் பொறுத்தவரை, இந்த விதி, எடுத்துக்காட்டாக, திறமையான வெப்பக் காப்பு அமைப்புகளை வடிவமைக்கப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. வெப்பம் எவ்வாறு பரிமாற்றம் அடைகிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், பொறியாளர்கள் குளிர்காலத்தில் வெப்ப இழப்பைக் குறைக்கும் மற்றும் கோடையில் அதிகப்படியான வெப்பம் உள்ளே வருவதைத் தடுக்கும் கட்டமைப்புகளை வடிவமைக்க முடியும்.
பொருள் பண்புகள்
அழுத்தம் மற்றும் திரிபு
ஒரு பொருளின் மீது விசை செலுத்தப்படும்போது, அது தன் வடிவத்தை மாற்றிக்கொள்கிறது அல்லது உருக்குலைகிறது. பளுவின் கீழ் பொருட்கள் எவ்வாறு நடந்துகொள்கின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்வதில், தகைவு மற்றும் திரிபு ஆகியவை அடிப்படைக் கருத்துக்களாகும். தகைவு என்பது ஒரு பொருளின் மீது செயல்படும் ஓரலகு பரப்பிற்கான விசையாகும், அதேசமயம் திரிபு என்பது அந்தத் தகைவின் விளைவாக ஒரு பொருள் அடையும் உருக்குலைவு ஆகும்.
ஒவ்வொரு பொருளுக்கும் ஒரு குறிப்பிட்ட இழுவிசை வரம்பு உண்டு. அந்த வரம்பை மீறினால், நிரந்தரமான உருக்குலைவு அல்லது முறிவு கூட ஏற்படும். கட்டுமானத்தில், எதிர்பார்க்கப்படும் இழுவிசையைச் சிதைவின்றித் தாங்கக்கூடிய பொருட்களைத் தேர்ந்தெடுப்பது முக்கியம். உதாரணமாக, எஃகு அதன் அதிக இழுவிசை வலிமையின் காரணமாகக் கட்டுமானத்தில் அடிக்கடி பயன்படுத்தப்படுகிறது, அதே சமயம் கான்கிரீட் அமுக்க விசையைத் தாங்குவதில் சிறந்து விளங்குகிறது.
மீள்மை குணகம்
யங் குணகம் என்றும் அழைக்கப்படும் மீள்மை குணகம், ஒரு பொருளின் விறைப்புத்தன்மையின் அளவீடாகும். ஒரு பொருளுக்கு அழுத்தம் கொடுக்கப்படும்போது, அது எவ்வளவு மீள் (மீளக்கூடிய) உருக்குலைவுக்கு உள்ளாகும் என்பதை இது குறிக்கிறது. எஃகு போன்ற அதிக மீள்மை குணகம் கொண்ட ஒரு பொருள், மரம் போன்ற குறைந்த மீள்மை குணகம் கொண்ட ஒரு பொருளை விட, அதே அழுத்த மட்டத்தில் குறைவான உருக்குலைவையே சந்திக்கும். பயன்படுத்தப்படும் பொருள் திட்டமிட்டபடி செயல்படுவதை உறுதிசெய்ய, கட்டமைப்பு வடிவமைப்பில் மீள்மை குணகத்தைப் புரிந்துகொள்வது முக்கியமானது.
ஆற்றல் மற்றும் பொருள் நீடித்துழைப்பு
பொருள் அறிவியலில் உள்ள மற்றொரு முக்கியமான இயற்பியல் கருத்து, பொருட்களின் ஆற்றல் மற்றும் நீடித்துழைக்கும் தன்மை ஆகும். ஒரு பொருள் சிதைவடைவதற்கு முன்பு உள்வாங்கக்கூடிய ஆற்றல், அதன் நீடித்துழைக்கும் தன்மையின் ஒரு முக்கிய அளவீடாகும். முறிவு ஏற்படுவதற்கு முன்பு அதிக அளவு ஆற்றலை உள்வாங்கக்கூடிய கட்டுமானப் பொருட்கள், அதிக நீடித்துழைக்கும் தன்மை கொண்டவையாகவும் பாதுகாப்பானவையாகவும் கருதப்படுகின்றன. உதாரணமாக, எஃகு அதிக ஆற்றல் உள்வாங்கும் திறனைக் கொண்டிருப்பதால், பாலங்கள் அல்லது உயரமான கட்டிடங்கள் போன்ற, மாறும் சுமைகளைத் தாங்க வேண்டிய கட்டமைப்புகளுக்கு இது மிகவும் பொருத்தமானதாக அமைகிறது.
கட்டுமானத்தில் திரவங்கள்
பாய்ம இயக்கவியல்
பாய்ம இயக்கவியல் என்பது பாய்மங்களின் (திரவங்கள் மற்றும் வாயுக்கள்) இயக்கம் மற்றும் அவற்றின் மீது செயல்படும் விசைகளைப் பற்றி ஆய்வு செய்யும் இயற்பியலின் ஒரு பிரிவாகும். கட்டிடங்களைப் பொறுத்தவரை, இது எடுத்துக்காட்டாக, வடிகால் அமைப்புகள் மற்றும் குளிரூட்டல் மற்றும் வெப்பமூட்டல் (HVAC) அமைப்புகளின் வடிவமைப்பில் முக்கியத்துவம் பெறுகிறது. பாய்மத்தின் வேகம் அதிகரிக்கும்போது அழுத்தம் குறையும் என்று கூறும் பெர்னூலியின் கொள்கை, உகந்த காற்றோட்டத்தை உறுதி செய்வதற்காக காற்றோட்ட அமைப்புகளின் வடிவமைப்பில் அடிக்கடி பயன்படுத்தப்படுகிறது.
நீர்நிலை இயல் மற்றும் கட்டிடங்களின் நீர்ப்புகாமை
நிலை நீர் இயல் என்பது ஓய்வில் உள்ள திரவங்களைப் பற்றிய ஆய்வு ஆகும். நிலை நீர் அழுத்தம் போன்ற நிலை நீர் இயலின் அடிப்படைக் கோட்பாடுகள் , நீர்ப்புகா கட்டமைப்புகளை வடிவமைப்பதில் மிக முக்கியமானவை. உதாரணமாக, நிலத்தடி நீருக்குக் கீழே அடித்தளங்களை வடிவமைக்கும்போது, பொறியாளர்கள் கட்டமைப்பின் மீது செயல்படும் நீரின் அழுத்தத்தைக் கருத்தில் கொண்டு, பயன்படுத்தப்படும் பொருட்கள் கசிவின்றி இந்த அழுத்தத்தைத் தாங்கக்கூடியவை என்பதை உறுதி செய்ய வேண்டும்.
மூடுகிறது
கட்டுமானப் பொருள் அறிவியலில் இயற்பியல் ஒரு முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது. இயற்பியலின் அடிப்படைக் கொள்கைகளைப் புரிந்துகொள்வது, பாதுகாப்பான மற்றும் திறமையான கட்டமைப்புகளை வடிவமைப்பதற்கு உதவுவதோடு மட்டுமல்லாமல், பல்வேறு பயன்பாடுகளுக்குச் சரியான பொருட்களைத் தேர்ந்தெடுக்கவும் உதவுகிறது. பொருட்களின் இயக்கவியல் முதல் வெப்ப இயக்கவியல் மற்றும் பாய்ம இயக்கவியல் வரை, நவீன கட்டுமானத்தில் இயற்பியலின் பயன்பாடு, எதிர்காலக் கட்டிடங்கள் வலிமையானதாகவும், அதிக நீடித்து உழைக்கக்கூடியதாகவும், மேலும் சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்ததாகவும் இருப்பதை உறுதி செய்கிறது. தொடர்ச்சியான தொழில்நுட்ப மேம்பாடுகள் மற்றும் ஆராய்ச்சிகளின் மூலம், எதிர்காலத்தில் கட்டுமான உலகில் இயற்பியல் கொள்கைகளின் மேலும் பல புதுமையான பயன்பாடுகளை நாம் எதிர்பார்க்கலாம்.
