हलकल्लोळ - ७: मुंग्या साखरेचे दाणे फेकून का मारत नाहीत?

(लसिथ मलिंगाने केली तर ती राउंड आर्म अ‍ॅक्शन आणि आम्ही केली तर ती फेकी बॉलिंग काय!)

(पार्श्वभूमीकरिता भाग-५ आणि भाग-६ वाचल्यास बरे!)

मागच्या भागांमध्ये आपण पाहिलं की प्राणी हे वेगवेगळ्या आकाराचे (size) असताना निसर्गाने त्यांना वेगवेगळं रूप (shape) कसं दिलं आहे, किंवा त्यांना वेगवेगळ्या रूपांची का आवश्यकता आहे. पण आपल्याला कधी असा प्रश्न पडतो का, की या वेगवेगळ्या आकारांच्या प्राण्यांना आजुबाजूचं विश्व हे आपल्याला दिसतं तसंच दिसतं का? त्यांना हालचालीसाठी तेवढेच कष्ट पडतात का जेवढे आपल्याला पडतात? अगदी सगळ्या गोष्टींची उत्तरं मलाही माहित नाहीत, पण यातल्या काही विषयांवर आपण गप्पा मारू. कदाचित त्यातून काही उत्तरं समजतील, काही सुचेल!

मागच्या भागात ज्या हॅल्डेन काकांबद्दल आपण वाचलं, त्यांनी अश्या प्रकारचा अभ्यास केला होता. त्यांच्या प्रमाणे 'स्टीवन व्होगल' हा असाच एक संशोधक. सध्या तो ड्युक विद्यापीठ (अमेरिका) येथे जीवशास्त्राचा प्राध्यापक आहे. त्याने लिहिलेली काही पुस्तकं खूप मस्त आहेत. त्यातलं 'Life's devices - The physical world of animals and plants' हे पुस्तक तर वर लिहिलेल्या काही प्रश्नांवर अफलातून उहापोह करतं (कदाचित अफलातून हे विशेषण उहापोहासाठी पहिल्यांदाच वापरलं गेलं असेल, पण मला त्यायोग्य दुसरा शब्द सापडेना!).

(https://banu.com/shop/1126/lifes-devices-the-physical-world-of-animals-and-plants/)

व्होगलनी सुरुवातच प्राण्यांच्या आकारापासून केली आहे. तुम्ही जगातल्या एकूण प्राण्यांचा आकार पाहत गेलात तर असं दिसून येईल की छोट्यातला छोटा प्राणी म्हणजे काही एकपेशीय जीव किंवा बॅक्टेरिया हे साधारण ०.३ मायक्रॉन आकाराचे असतात. इथे लक्षात घ्या, की एक मायक्रॉन म्हणजे एका मिलीमीटरचा १००० वा भाग! त्यापेक्षाही हा प्राणी लहान. त्यापेक्षा थोडे मोठे जीव म्हणजेसुद्धा काही मायक्रॉन आकाराचे! त्यापेक्षा आणखी आणखी मोठे म्हणजे मिलीमीटर मध्ये मोजण्यासारखे जीव म्हणजे मुंग्या, ढेकुण, माश्या वगैरे. त्यापेक्षा मोठे सेंटीमीटर मधले म्हणजे फुलपाखरं, भुंगा, काही छोटे मासे, त्यापेक्षा साधारण दहा पट मोठे म्हणजे मोठे मासे, उंदीर, घूस, ससा, खार, कुत्रा वगैरे. त्याच्या आणखी दहा पट मोठे म्हणजे मीटरमध्ये मोजता येण्यासारखे माणूस, घोडा, बैल, वाघ, साप वगैरे आणि त्याच्यापेक्षा मोठे म्हणजे जिराफासारखे उंच प्राणी आणि सगळ्यात मोठा प्राणी (हालचाल करणारा प्राणी, झाडे इथे मी पकडत नाहीये) म्हणजे व्हेल ज्याची लांबी ३० मीटर पर्यंत असू शकते. बघा, म्हणजे ही लांबी सर्वात छोट्या प्राण्याच्या १०,००,००,००० पट आहे!!!

सगळ्या प्राण्यांची त्यांच्या आकारानुसार वर्गवारी केली तर लक्षात येईल की माणूस हा तसा आकाराने फारच मोठा प्राणी आहे! पृथ्वीवर प्राण्यांच्या आकाराची सरासरी साधारण काही मिलीमीटरमध्ये येईल. म्हणजे सरासरी प्राण्यांना आपण माणसं फारच मोठे वाटत असू, नाही का? मग या आकारानुसार त्यांच्या शरीराच्या बांधणीत फरक पडत तर असणारच, कारण मागच्या भागात पाहिल्याप्रमाणे मोठ्या प्राण्यांना हाडे जास्त असावी लागतात. हा जसा फरक त्यांच्या शरीराच्या आतल्या रचनेबद्दल आहे, तसं शरीराच्या बाहेर वातावरणाचे परिणाम पण वेगवेगळे असतील का? याबद्दल हॅल्डेनने खूप मस्त उदाहरण दिलं आहे, जे व्होगलने त्याच्या पुस्तकात आणखी रंजक तऱ्हेने मांडलं आहे.

(वेगवेगळ्या आकाराचे प्राणी/जीव - चित्रे विकीभौंच्या सौजन्याने)

आपण जर वेगवेगळ्या आकाराचे प्राणी घेतले आणि त्यांना वेगवेगळ्या उंचीवरून खाली जमिनीवर पाडलं तर काय होईल? आता प्रत्येक प्राण्याचा आकारही वेगळा आणि पाडण्याची उंचीही वेगळी ठेवली तर आपल्याला त्या निरीक्षणांचा अर्थ लावणं अवघड जाईल, त्यामुळे आपण असं करू, की प्राण्यांना ज्या उंचीवरून पाडू, त्या उंचीला त्या प्राण्याच्या आकाराने भागायचं. म्हणजे काय? तर कुत्रा जर ६ फूट उंचीवरून खाली सोडला, तर तो त्याच्या स्वत:च्या उंचीच्या साधारण ३ पट उंचीवरून पडला असं म्हणता येईल. उंदीर जर १ फुटावरून पडला तर तो स्वत:च्या उंचीच्या साधारण ३ पट उंचीवरून पडला असं म्हणता येईल. असो.

तर हत्ती हा अगदी कमी उंचीवरून जरी पडला तरी त्याची हाडे मोडतात. त्यापेक्षा लहान घोडा, हा स्वत:च्या उंचीएवढ्या उंचावरून सुरक्षितरित्या पडू शकतो, पण फार जास्त नाही. माणूस हा स्वत:पेक्षा दुप्पट उंचीवरून पडू शकतो. कुत्रा आणखीन जास्त पट उंचीवरून पडू शकतो. उंदीर तर कित्येक पट, म्हणजे अगदी दुमजली इमारतीच्या गच्चीवरून जरी पडला, तरी त्याला छोटासा शॉक बसल्यासारखा वाटतो, पण बाकी तो अगदी व्यवस्थित असतो. मुंगी तर हवेवर कुठेही अलगद तरंगत पडू शकते आणि त्यापेक्षा लहान प्राणी तर आपल्या हवेत पडतच नाहीत, वाहत वाहत कुठे तरी जातात. 

आता प्रश्न पडतो, की जरी हे लहान प्राणी अगदी म्हणजे अगदीच हलके असले, तरी ते खाली हळूहळू का पडतात? गुरुत्वाकर्षण तर सर्वांना समान आहे. गॅलिलिओने म्हणे पिसाच्या मनोऱ्यावरून दोन वेगळ्या वजनाच्या वस्तू एकाच वेळात कश्या जमिनीवर पडतात हे सप्रमाण सिद्ध केलं होतं. मग इथे काय चुकतंय? इथे महत्त्वाचं आहे ते वातावरण. वातावरणात हवा आहे आणि ती कुठल्याही हालचालीला विरोध करते. जसं कुठल्याही पृष्ठभागावर एखादी वस्तू सरकवताना त्यातलं घर्षण हे त्या सरकवण्याला विरोध करतं तसंच. आपणसुद्धा जेव्हा इकडे तिकडे हालचाल करतो, तेव्हा आपल्या आजूबाजूच्या हवेच्या कणांशी आपलं घर्षणच होत असतं आणि त्यामुळे आपल्याला जास्तीचा जोर लावावा लागतो. आपल्यासाठी हवेचं घर्षण इतकं छोटं आहे, की तो जास्तीचा जोर आपल्याला जाणवत पण नाही. पण तेच जेव्हा आपण पाण्यामध्ये जातो तेव्हा फरक जाणवतो. पाण्यात कधी चालला असाल तर तुमच्या लक्षात येईल की तिथे जास्त जोर लावावा लागतो. तेच जर आपण तेलात चाललात तर आणखी जास्त जोर लावावा लागेल. 

आता याचा त्या द्रवपदार्थाच्या 'जडपणाशी' संबंध नाही बर का. तेल हे पाण्यापेक्षा हलकं असतं तरी त्यात हालचाल करायला जास्त जोर लावावा लागतो. एखादा चमचा पाण्यात हलवायला जेवढा जोर लागतो त्यापेक्षा जास्त जोर गोडेतेल ढवळायला लागतो. ह्याचा संबंध त्या घर्षणाशी आहे. आणि त्या गुणधर्माला म्हणतात 'Viscosity'. ह्याला मराठी शब्द मला माहित नाही. कुणाला माहिती असल्यास कळवावा.

आता होतं काय, की आपण हालचाल करतो तेव्हा आपण शरीराचा वेग वाढवण्यासाठी जो जोर लावतो त्याला म्हणतात inertial force. आपण विश्रामस्थिती मध्ये किंवा कुठलीही हालचाल नसताना आपला वेग शून्य असतो, तो आपल्याला वाढवून हालचाल सुरु करायची असते, त्यासाठी लागतो तोच तो जोर - inertia. आणि ह्या हालचालीला आजुबाजूचं fluid (द्रव किंवा वायू, काही पण) जे viscosity मुळे विरोध करतं तो fluid ने लावलेला उलटा जोर म्हणजे viscous force. आता हा inertial force आपल्या वजनावर किंवा वस्तुमानावर आणि त्वरण (acceleration) वर अवलंबून असतो. न्युटनचं सुप्रसिद्ध सूत्र आहे, "F=m.a". प्राण्याचं वस्तुमान (m=mass) जास्त तर त्याचा inertial force देखील जास्त.

त्यामुळे होतं काय, की मोठ्या प्राण्यांचा inertial force हा इतका जास्त असतो की त्यांना आजूबाजूच्या हवेचा viscous force जाणवतसुद्धा नाही. पण आकाराने लहान जीवांना बिचाऱ्यांना काही inertial force जास्त लावता येत नाही. तिथे viscous force फार जाणवतो. आपल्याला पाण्यातून चालताना जसे कष्ट पडतात तसे कष्ट छोट्या जीवांना साध्या हवेत सुद्धा पडतात. म्हणून मग त्यांच्या शरीराची हालचालीची यंत्रणासुद्धा वेगळीच असते. ते असो. ह्या inertia force मुळे मोठ्या प्राण्यांना एखादी गोष्ट फेकून मारणं पण शक्य होतं. आपण दगड फेकताना एक ठराविक वस्तुमानाचा दगड उचलतो आणि त्यावर त्वरण लावतो म्हणजे त्याचा वेग शून्यापासून वाढून एक ठराविक वेग गाठला जाईल. म्हणजेच आपण त्या दगडाचा m गुणिले त्याचं त्वरण a = inertial force लावतो. त्या मानाने हवेचा viscous force फार लहान असतो. पण लहान प्राणी त्या आजूबाजूच्या viscous force ला तोडीस तोड तेवढा inertial force एखाद्या वस्तूवर लावू शकत नाहीत, त्यामुळेच मुंग्या एकमेकींशी कितीही भांडू लागल्या तरी एकमेकींना कधी साखरेचे दाणे फेकून मारत नाहीत. त्यांना शक्यच नाही ते!

शाळेत खडूंची मारामारी खेळताना कधी एवढा विचार केला नाही, पण आकाराने लहान प्राण्यांना फार विचार करावा लागतो बाबा!

(हा लेख २०१५-१६ मध्ये महाराष्ट्रातील काही शाळांमध्ये एका वाचन-प्रकल्पाचा भाग म्हणून वापरण्यात आला आहे.)