सॉफ्ट मैटर भौतिकी रोजमर्रा की घरेलू सामग्रियों के व्यवहार को समझाती है
स्रोत:द हिंदू ↗
क्यों मायने रखता है
UPSC अक्सर विज्ञान के दैनिक अनुप्रयोगों और मौलिक भौतिक घटनाओं (जैसे, पदार्थ की अवस्थाएं, पृष्ठ तनाव, बोस-आइंस्टीन सांख्यिकी) पर प्रश्न पूछता है। नॉन-न्यूटनियन फ्लूइड्स और सॉफ्ट मैटर की भौतिकी को समझना उम्मीदवारों को GS3 और प्रीलिम्स के विज्ञान के अनुप्रयोग-आधारित प्रश्नों को हल करने में मदद करता है।
सारांश
यह लेख 'सॉफ्ट मैटर' (soft matter) के भौतिकी पर प्रकाश डालता है, जो एक ऐसा वर्गीकरण है जिसमें टूथपेस्ट, शेविंग फोम और लोशन जैसी घरेलू उपयोग की रोजमर्रा की वस्तुएं शामिल हैं। साधारण ठोस, द्रव या गैस के विपरीत, सॉफ्ट मैटर कोलॉइड्स (colloids), पॉलिमर (polymers) और जेल (gels) जैसी जटिल प्रणालियों से बना होता है जो विस्कोइलास्टिसिटी (viscoelasticity) और नॉन-न्यूटनियन प्रवाह (non-Newtonian flow) जैसे अद्वितीय व्यवहार प्रदर्शित करते हैं। यह इन सामग्रियों का गणितीय रूप से वर्णन करने में नोबेल पुरस्कार विजेता पियरे-गिल्स डी जेनेस (Pierre-Gilles de Gennes) के अग्रणी योगदान पर प्रकाश डालता है, और इस बात पर जोर देता है कि कैसे मौलिक भौतिकी रोजमर्रा के पदार्थों के इस असामान्य लेकिन निरंतर व्यवहार को नियंत्रित करती है।
मुख्य बिंदु
- सॉफ्ट मैटर में फोम, जेल, कोलाइड, लिक्विड क्रिस्टल और पॉलिमर जैसे रोज़मर्रा के पदार्थ शामिल हैं, जो पारंपरिक ठोस या तरल श्रेणियों में सटीक रूप से फिट नहीं होते हैं।
- ये पदार्थ अक्सर विस्कोइलास्टिक (viscoelastic) गुण प्रदर्शित करते हैं और गैर-न्यूटनियन तरल पदार्थों (non-Newtonian fluids) की तरह व्यवहार करते हैं, जिसका अर्थ है कि लागू तनाव (applied stress) के तहत उनकी श्यानता (viscosity) बदल जाती है (जैसे, टूथपेस्ट जो दबाए जाने तक ठोस की तरह कार्य करता है)।
- फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी पियरे-गाइल्स डी जेनेस, जिन्होंने 1991 में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार जीता था, को पॉलिमर और लिक्विड क्रिस्टल के व्यवहार का गणितीय विवरण देने के लिए व्यापक रूप से सॉफ्ट मैटर फिजिक्स का संस्थापक जनक माना जाता है।
- सॉफ्ट मैटर का अध्ययन मौलिक भौतिकी और दैनिक उपयोगिता के बीच सेतु का कार्य करता है, जिसके महत्वपूर्ण अनुप्रयोग जीव विज्ञान और प्रसाधन सामग्री से लेकर खाद्य विज्ञान और उन्नत सामग्री इंजीनियरिंग तक विस्तृत हैं।
प्रारंभिक ट्रैप
सॉफ्ट मैटर में पाए जाने वाले कोलाइड्स, जैसे दूध या शेविंग क्रीम, स्थिर श्यानता वाले समांगी मिश्रण होते हैं।
सॉफ्ट मैटर कोलॉइड्स एकसमान दिखने के बावजूद पूरी तरह से विषमांगी (heterogeneous) मिश्रण होते हैं। इसके अतिरिक्त, दैनिक जीवन की अधिकांश सॉफ्ट मैटर वस्तुएं नॉन-न्यूटनियन (non-Newtonian) होती हैं, जिसका अर्थ है कि उन पर दबाव या प्रतिबल (applied stress) डालने पर उनकी श्यानता (viscosity) गतिशील रूप से बदल जाती है।
संबंधित अवधारणाएँ
कोलाइडल विलयन की विशिष्ट भौतिक विशेषताएँ क्या हैं?
- विषमांगी प्रकृति: नग्न आंखों से पूरी तरह एकसमान दिखने के बावजूद, कोलाइड विषमांगी मिश्रण होते हैं।
- कण का आकार: निलंबित कणों का आकार 1 nm से 1000 nm के बीच होता है, जो वास्तविक विलयन और निलंबन के बीच की एक मध्यवर्ती अवस्था है।
- टिंडल प्रभाव: कोलाइडल कण माध्यम से गुजरने वाली दृश्य प्रकाश की एक किरण को प्रकीर्णित करने के लिए पर्याप्त बड़े होते हैं, जिससे प्रकाश का मार्ग प्रदीप्त हो जाता है।
दैनिक भौतिकी में न्यूटोनियन और नॉन-न्यूटोनियन तरल किस प्रकार भिन्न हैं?
- न्यूटनियन तरल: श्यानता (प्रवाह के प्रति प्रतिरोध), लागू किए गए shear stress की मात्रा की परवाह किए बिना पूरी तरह से स्थिर रहती है (जैसे: जल, वायु)।
- नॉन-न्यूटनियन तरल: आरोपित प्रतिबल के तहत श्यानता (viscosity) गतिशील रूप से बदलती है। ये दबाने या प्रहार करने पर ठोस की तरह और स्थिर रहने पर तरल की तरह व्यवहार कर सकते हैं (जैसे: टूथपेस्ट, कॉर्नस्टार्च)।
- दोहरे गुण: वे विस्कोइलास्टिसिटी (viscoelasticity) प्रदर्शित करते हैं, जिसका अर्थ है कि वे विरूपण (deformation) के दौरान एक साथ तरल जैसा प्रवाह और ठोस जैसी प्रत्यास्थता दोनों दर्शाते हैं।
अंतर-विषय पैटर्न
रक्षा प्रौद्योगिकी और शियर-थिकनिंग तरल पदार्थ
लिक्विड बॉडी आर्मर में शियर-थिकनिंग नॉन-न्यूटनियन फ्लूइड्स का उपयोग किया जाता है। प्रभाव होने पर, यह तरल ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए तुरंत कठोर हो जाता है, जो सीधे तौर पर रोजमर्रा के सॉफ्ट मैटर फिजिक्स को उन्नत सैन्य रक्षा क्षमताओं के साथ जोड़ता है।
जैविक सॉफ्ट मैटर और ड्रग डिलीवरी
मानव रक्त और कोशिका झिल्लियाँ सॉफ्ट मैटर की तरह व्यवहार करती हैं। उनके अद्वितीय विस्कोइलास्टिक (viscoelastic) गुणों को समझना जैव प्रौद्योगिकी के लिए महत्वपूर्ण है, विशेष रूप से सिंथेटिक पॉलीमेरिक नैनोकणों का उपयोग करके लक्षित ड्रग डिलीवरी सिस्टम (targeted drug delivery systems) तैयार करने के लिए।
'Everyday Science' से संबंधित एक 'सुमेलित करें' (matching) प्रश्न की अपेक्षा करें, जिसमें टूथपेस्ट या दूध जैसी वस्तुओं को 'colloid' या 'non-Newtonian' जैसे तकनीकी शब्दों के साथ जोड़ा जा सकता है।
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