MPSC 2025 पूर्व परीक्षा पेपर-१ · प्रश्न 56 / 100

बरोबर उत्तर पर्याय (1) — स्निग्धता वाढते. वायूतील स्निग्धता वेगवेगळ्या स्थूल-वेगाने हलणाऱ्या शेजारील वायू-थरांमधील संवेग-देवाणघेवाणीतून निर्माण होते: रेणू सतत एका थरातून दुसऱ्या थरात जातात, आपल्या मूळ थराचा संवेग सोबत घेऊन जातात, आणि ही देवाणघेवाण थरांचा वेग समान करू पाहते — नेमके हेच स्निग्ध खेच-बल करत असते. वायूंच्या गतिज सिद्धांतानुसार, तापमान वाढवल्याने रेणूंचा सरासरी वेग वाढतो, ज्यामुळे रेणू शेजारील थरांदरम्यान किती वारंवार व किती जोमाने संवेग-देवाणघेवाण करत जातात हे वाढते. अधिक वारंवार, अधिक-संवेग असलेल्या देवाणघेवाणीमुळे थरांदरम्यानचा खेच-परिणाम अधिक तीव्र होतो, त्यामुळे तापमान वाढल्यावर वायूची स्निग्धता वाढते — द्रवाच्या बाबतीत घडणाऱ्या याच्या नेमक्या उलट, जिथे स्निग्धता प्रामुख्याने आंतररेणू-संसंजक बलांवर अवलंबून असते, जी तापमान वाढल्यावर कमजोर होतात, त्यामुळे द्रवाची स्निग्धता तापमान वाढल्यावर कमी होते.

• (2)मितप्रवाहीपणा/स्निग्धता (viscosity) कमी होतो — हे तापमानाचे बरोबर परिणामरूप द्रवासाठी आहे, वायूसाठी नाही — द्रवाची स्निग्धता प्रामुख्याने आंतररेणू-संसंजक बलांवर नियंत्रित असते, जी रेणूंना उष्णताजन्य ऊर्जा मिळून ते अधिक दूर सरकल्यावर कमजोर होतात, त्यामुळे गरम केल्यावर द्रव खरोखरच 'पातळ' होतात. वायूची स्निग्धता पूर्णतः वेगळ्या यंत्रणेने (थरांदरम्यान जाणाऱ्या रेणूंची संवेग-देवाणघेवाण) चालते, जी तापमान वाढल्यावर कमजोर न होता अधिक तीव्र होते, त्यामुळे द्रवाचा नियम वायूला लावल्यास उलटी दिशा मिळते.
• (3)मितप्रवाहीपणा/स्निग्धता (viscosity) स्थिर राहतो — गतिज सिद्धांत वायूच्या स्निग्धतेसाठी एक निश्चित तापमान-अवलंबित्व भाकीत करतो, आणि प्रयोगही त्याची पुष्टी करतात — ती तापमान-निरपेक्ष गुणधर्म नाही. कठीण-गोल रेणूंच्या आदर्श वायूसाठी सामान्यतः उद्धृत केला जाणारा अंदाजे संबंध म्हणजे स्निग्धता निरपेक्ष तापमानाच्या साधारण वर्गमूळाच्या समप्रमाणात वाढते — म्हणजे खरी, मोजता येणारी वाढ, स्थिर मूल्य नव्हे.
• (4)मितप्रवाहीपणा/स्निग्धता ऋण होतो — स्निग्धता म्हणजे द्रायूच्या थरांमधील सापेक्ष हालचालीला होणारा त्याचा अंतर्गत रोध मोजणारी राशी, आणि ती व्याख्येनेच अऋण (शून्य किंवा धन) असते — ऋण स्निग्धता म्हणजे द्रायू थरांमधील सापेक्ष हालचालीला रोध करण्याऐवजी तिला सक्रियपणे गती देत असल्याचा अर्थ होईल, जे तापमान-बदलानुसार कोणत्याही सर्वसाधारण वायूच्या वर्तनाशी जुळत नाही.

स्निग्धता म्हणजे द्रायूच्या वेगवेगळ्या वेगाने हलणाऱ्या समीप थरांदरम्यान असणाऱ्या घर्षणसदृश बलांतून निर्माण होणारा, प्रवाहाला होणारा त्याचा अंतर्गत रोध. द्रवांत स्निग्धता प्रामुख्याने समीप रेणूंना एकत्र बांधणाऱ्या आंतररेणू-संसंजक (आकर्षक) बलांवर नियंत्रित असते, जी तापमानासोबत वाढणाऱ्या उष्णताजन्य क्षोभामुळे कमजोर होतात — त्यामुळे तापमान वाढल्यावर द्रवाची स्निग्धता कमी होते. वायूंत रेणू एकमेकांपासून बरेच दूर असतात व संसंजक बले नगण्य असतात; त्याऐवजी स्निग्धता वेगवेगळ्या स्थूल-वेगाने हलणाऱ्या समीप थरांदरम्यान वेगाने फिरणाऱ्या रेणूंच्या संवेग-देवाणघेवाणीतून निर्माण होते, ज्यामुळे त्यांचा वेग समान होतो. गतिज सिद्धांत सरासरी रेणू-वेगाला तापमानाशी थेट जोडत असल्याने, अधिक गरम वायूतील रेणू थरांदरम्यान अधिक वारंवार व अधिक संवेगासह संवेग-देवाणघेवाण करतात, त्यामुळे वायूची स्निग्धता तापमानासोबत वाढते — द्रवाच्या स्थितीच्या नेमके उलट.

एमपीएससीचा विज्ञान विभाग हे तथ्य तपासतो कारण हे एकाच स्थूल गुणधर्माचे (स्निग्धता) दोन वेगवेगळ्या पदार्थ-अवस्थांत (द्रव विरुद्ध वायू) भिन्न सूक्ष्मदर्शी कारणांमुळे विरुद्ध दिशेने वागण्याचे प्रमाणभूत उदाहरण आहे, आणि परीक्षक हे तपासण्यासाठी वापरतात की उमेदवाराला केवळ एकाच अवस्थेला लागू असणारा 'स्निग्धता व तापमान' साठीचा एकच नियम पाठ आहे की नाही, तर तो या घटनेमागील यंत्रणा समजून घेतो की नाही.

• वायूची स्निग्धता तापमान वाढल्यावर वाढते, कारण गतिज सिद्धांतानुसार उच्च तापमान म्हणजे वेगवान रेणू-वेग, आणि म्हणून शेजारील वायू-थरांदरम्यान अधिक जोमदार संवेग-देवाणघेवाण.
• द्रवाची स्निग्धता तापमान वाढल्यावर कमी होते, कारण द्रवाची स्निग्धता प्रामुख्याने आंतररेणू-संसंजक बलांवर नियंत्रित असते, जी उष्णताजन्य ऊर्जा वाढल्यावर कमजोर होतात.
• कठीण-गोल रेणूंच्या आदर्श वायूसाठी स्निग्धता सामान्यतः निरपेक्ष तापमानाच्या साधारण वर्गमूळाच्या समप्रमाणात वाढते असे अंदाजित केले जाते.
• स्निग्धता ही द्रायूच्या थरांमधील सापेक्ष हालचालीला होणाऱ्या त्याच्या अंतर्गत रोधाची अऋण मोजणी म्हणून परिभाषित केली जाते.

• द्रवाचा नियम (तापमान वाढल्यावर स्निग्धता कमी होते) वायूला लावणे, जेव्हा दोन अवस्थांचे तापमान-अवलंबित्व भिन्न भौतिक कारणांमुळे नेमके उलट असते
• स्निग्धता हा तापमानाशी निरपेक्ष एक स्थिर पदार्थ-गुणधर्म आहे असे गृहीत धरणे
• स्निग्धतेला घनतेशी गल्लत करणे — बहुतेक पदार्थांची घनता तापमान वाढल्यावर उष्णताजन्य प्रसरणामुळे द्रव व वायू दोन्हीत कमी होते, स्निग्धतेच्या विपरीत

एमपीएससीचा विज्ञान विभाग एखादा गुणधर्म वेगवेगळ्या पदार्थ-अवस्थांत सारखाच वागतो का हे वारंवार तपासतो, आणि वायू-विरुद्ध-द्रव स्निग्धता हे वारंवार येणारे उदाहरण आहे, कारण उमेदवाराने दोन्ही अवस्था सारख्याच वागतात असे गृहीत धरल्यास उत्तर उलट-विरोधाभासी वाटते.

या प्रश्नाशी थेट संबंधित मागील PYQ आढळला नाही.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  पाण्यासारख्या द्रवाच्या स्निग्धतेवर तापमान वाढीचा परिणाम काय होतो ?

  • (a)स्निग्धता वाढते
  • (b)स्निग्धता कमी होते
  • (c)स्निग्धता अपरिवर्तित राहते
  • (d)स्निग्धता प्रथम वाढते, नंतर कमी होते

  उत्तर(b) स्निग्धता कमी होते — द्रवाची स्निग्धता प्रामुख्याने आंतररेणू-संसंजक बलांवर नियंत्रित असते, जी तापमान वाढल्यावर कमजोर होतात, वायूच्या स्निग्धतेच्या विपरीत, जी तापमानासोबत वाढते.

• सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही

  वायूची स्निग्धता मुख्यत्वे कोणत्या यंत्रणेतून निर्माण होते ?

  • (a)वायू-रेणूंमधील आंतररेणू-संसंजक (आकर्षक) बले
  • (b)वेगवेगळ्या स्थूल-वेगाच्या समीप थरांदरम्यान रेणूंची होणारी संवेग-देवाणघेवाण
  • (c)आवेशित वायू-रेणूंमधील विद्युत-प्रतिकर्षण
  • (d)वायू-रेणूंमधील गुरुत्वीय आंतरक्रिया

  उत्तर(b) वेगवेगळ्या स्थूल-वेगाच्या समीप थरांदरम्यान रेणूंची होणारी संवेग-देवाणघेवाण — तापमान वाढल्यावर ही यंत्रणा अधिक तीव्र होते, कारण उच्च तापमानामुळे थरांदरम्यान रेणूंच्या हालचाली अधिक वेगवान व अधिक वारंवार होतात.