প্রকৌশল শব্দবিজ্ঞান/বজ্রপাতের শব্দবিজ্ঞান

বজ্রপাতকে সংজ্ঞায়িত করা হয় বজ্রপাতের ঝলকের পরে সৃষ্ট আঘাত তরঙ্গের (শক ওয়েভ) সাথে সম্পর্কিত শব্দ তরঙ্গ হিসেবে। হাজার হাজার বছর ধরে বজ্র মানুষের কৌতূহল ও ভয়ের কারণ হয়ে আসছে। এই ঘটনার প্রাথমিক ব্যাখ্যাগুলির মধ্যে গ্রিক পুরাণে জিউস এবং তার অধীনস্থদের মধ্যে যুদ্ধ, অথবা অ্যারিস্টটলের মতে আকাশে মেঘে মেঘে সংঘর্ষের কথা বলা হয়েছে। ১৮০০-এর দশকের শেষের দিকেই বৈজ্ঞানিক সম্প্রদায় এর প্রকৃত ভৌত কারণ আবিষ্কার করে - যেখানে দেখা যায় যে একটি সংকীর্ণ বায়ুনালী প্রায় ২৪,০০০ কেলভিন তাপমাত্রায় উত্তপ্ত হয়। এর ফলে বাতাসের অণুগুলো আয়নিত হয়ে একটি অত্যন্ত শক্তিশালী আঘাত তরঙ্গ তৈরি করে যা বাতাসের গতিবেগের উপর নির্ভর করে ২৫ কিলোমিটার দূর পর্যন্ত শোনা যায়।

বজ্রপাতের মৌলিক ধারণা

চিত্র ২. মেঘ থেকে ভূমিতে (CG) সংঘটিত ৪ প্রকারের বিদ্যুৎস্ফুরণ (উৎস: লাইটনিং: ফিজিক্স অ্যান্ড ইফেক্টস (২০০৩) থেকে অভিযোজিত)।

বজ্রপাতের প্রধানত দুটি ধরন রয়েছে: মেঘ থেকে ভূমিতে নির্গত (CG) এবং মেঘের ভেতরের নির্গত (IC)। এর মধ্যে মেঘের ভেতরের নির্গত (IC) বজ্রপাত সমস্ত বজ্রপাতের প্রায় তিন-চতুর্থাংশ হয় (তবে আরও কিছু ধরনের বজ্রপাত রয়েছে যা সচরাচর দেখা যায় না, যেমন বল লাইটনিং বা গোলাকার বজ্রপাত)।

মেঘ থেকে ভূমিতে নির্গত বজ্রপাত (CG) চারটি ভাগে শ্রেণিবদ্ধ করা যায়:

(ক) নিচের দিকে ঋণাত্মক (সমস্ত CG বজ্রপাতের প্রায় ৯০% এই শ্রেণির অন্তর্গত),

(খ) উপরের দিকে ধনাত্মক,

(গ) নিচের দিকে ধনাত্মক, এবং

(ঘ) উপরের দিকে ঋণাত্মক।

বজ্রপাতের চার্জ মেঘ থেকে ভূমিতে প্রধানত তিনটি পদ্ধতিতে পৌঁছাতে পারে (চিত্রে দেখুন):

1. ডার্ট–লিডার–রিটার্ন স্ট্রোক ধারাবাহিকতা
2. কনটিনিউয়িং কারেন্ট (যা কয়েকশো মিলিসেকেন্ড ধরে স্থায়ী হয়) যা দীর্ঘ কুয়াজি‑স্টেশনারি আর্ক ‑ধর্মী ধারাবাহিক প্রবাহ
3. এম‑কম্পোনেন্ট (১৯৩০-এর দশকে ডি.এফ. মালান যিনি প্রথম এই প্রক্রিয়াগুলো নিয়ে গবেষণা করেছিলেন তার নামানুসারে নামকরণ করা হয়েছে) যা একটি কন্টিনিউয়িং কারেন্টের (দ্বিতীয় পদ্ধতি) সময় ঘটে যাওয়া ক্ষণস্থায়ী প্রক্রিয়া।

চিত্র ৩. ভূমিতে চার্জ স্থানান্তরের তিনটি প্রধান পদ্ধতি (উৎস: লাইটনিং: ফিজিক্স অ্যান্ড ইফেক্টস (২০০৩) থেকে অভিযোজিত)।

বজ্রপাত সৃষ্টির প্রক্রিয়া

"বজ্রপাতকে বজ্রপাতের ঝলকের সাথে সম্পর্কিত শ্রাব্য নির্গমন হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা যেতে পারে"।

প্রকারভেদ

মেঘ থেকে ভূমিতে (CG) ও মেঘের ভেতরের (IC) উভয় প্রকারের বিচ্ছুরণই বজ্রপাত তৈরি করে, যেগুলোকে দুটি প্রধান ভাগে ভাগ করা যায়:

• শ্রাব্য বজ্রপাত (কম্পাঙ্ক ২০ হার্জ এর বেশি): এটি কয়েকটি ক্ষণস্থায়ী আঘাত তরঙ্গ (শকওয়েভ) থেকে উৎপন্ন হয়, যেগুলো প্রায় তাৎক্ষণিকভাবে প্রায় ২৪,০০০ K তাপমাত্রায় উত্তপ্ত, আয়নিত বায়ু অণু (প্লাজমা)‑ভর্তি বজ্রপাত নালীর বিভিন্ন অংশ প্রসারিত হয়ে উৎপন্ন হয়। এই শ্রাব্য বজ্রপাত আবার দুই ধরনের হয়:

ক) গর্জনকারী বজ্র : যা এক দীর্ঘ, নিচু এবং গোঙানোর মতো শব্দের ধারাবাহিকতা। খ) তালিবাদক বজ্র : যা সাধারণত উচ্চ এবং দ্রুত শেষ হয়।

• অশ্রাব্য বা ইনফ্রাসোনিক বজ্রপাত (কম্পাঙ্ক ২০ হার্জ এর কম): ধারণা করা হয়, এটি মেঘ থেকেই উৎপন্ন হয়, যেখানে ইলেকট্রন বা প্রোটনের দ্রুত অপসারণের ফলে প্রচুর পরিমাণে বায়ু স্থানচ্যুত হয়। এই ধরনের বজ্রপাত সম্প্রতি বৈজ্ঞানিক মহলের দৃষ্টি আকর্ষণ করেছে।

সর্বোচ্চ বিস্তার কম্পাঙ্ক

চিত্র ৪. অডাসিটি ১.৩ (বিটা) ব্যবহার করে প্রাপ্ত বজ্রপাতের (এবং অপরিশ্রুত বৃষ্টির শব্দের) কম্পাঙ্ক বর্ণালী।

অভিজ্ঞতামূলকভাবে দেখা গেছে যে বজ্রপাতের সবচেয়ে জোরালো কম্পাঙ্ক হলো:

$f_{\rm {max}}=c_{0}\left({\frac {p_{0}}{E_{0}}}\right)^{\frac {1}{2}}$

যেখানে $c_{0}$ হলো শব্দের গতি, $p_{0}$ হলো পরিবেষ্টিত চাপ, এবং $E_{0}$ হলো বজ্রপাত নালীর প্রতি একক দৈর্ঘ্যের শক্তি যা নিম্নরূপে সংজ্ঞায়িত:

$E_{0}={\frac {1}{\pi {R_{0}}^{2}}}\int \limits _{0}^{t_{\rm {disch}}}\rho I^{2}\,dt$

যেখানে $R_{0}$ হলো প্রাথমিক নালীর ব্যাসার্ধ, $\rho$ হলো প্লাজমার রোধকতা এবং $t_{\rm {disch}}$ হলো নিঃসরণের সময়কাল। $E_{0}$-এর মান প্রায় ৫০ কিলোজুল/মিটার (kJ/m) এর আশেপাশে পরিবর্তিত হতে দেখা যায়।

এ.এ. ফিউ-এর বজ্রপাত সৃষ্টির মডেল

ব্যাপকভাবে গৃহীত যে শ্রাব্য বজ্রপাত বজ্রপাতের নালী এবং পরবর্তী অত্যন্ত দ্রুত গতিতে (~৩০০০ মি/সে) ভ্রমণকারী শক ওয়েভ দ্বারা উৎপন্ন হয়। এ.এ. ফিউ পরীক্ষামূলকভাবে প্রমাণিত একটি বজ্রপাত সৃষ্টির প্রক্রিয়া প্রদান করেছেন।

নিখুঁত নলাকার/গোলাকার প্রসারণ অনুমান করে

শকব্রেডের সময় ইতিহাসকে তিনটি বিরতিতে ভাগ করা যায়: প্রথমটিতে থাকে একটি শক্তিশালী শক যা সীমানার ওপারে অত্যন্ত উচ্চ চাপ অনুপাত তৈরি করে। দ্বিতীয় অংশটি হলো একটি দুর্বল শক যা তুলনামূলকভাবে ধীর গতিতে ভ্রমণ করে। এবং অবশেষে, শকওয়েভের তৃতীয় অংশটি হলো অ্যাকোস্টিক ওয়েভ যা ২৯৩ কেলভিন তাপমাত্রায় শব্দের গতি অর্থাৎ ৩৪৩ মি/সেকেন্ডে ছড়িয়ে পড়ে।

শক্তিশালী শক তরঙ্গ দুর্বল শকে পরিণত হওয়ার আগে যে দূরত্ব অতিক্রম করে, তা শক্তিশালী শক দ্বারা সংকুচিত হওয়া তরলের উপর কার্য-শক্তি ভারসাম্য প্রয়োগ করে নির্ণয় করা যেতে পারে (অর্থাৎ, আয়তন ও চাপের পরিবর্তনের মাধ্যমে তরলের উপর কার্য সম্পন্ন হয়)। এইভাবে একটি তথাকথিত রিল্যাক্সেশন ব্যাসার্ধ, $R_{s}$ (গোলাকার শক তরঙ্গের জন্য) অথবা $R_{c}$ (নলাকার শক তরঙ্গের জন্য) সংজ্ঞায়িত করা যেতে পারে শক্তিশালী শকের অতিক্রান্ত দূরত্ব বোঝাতে:

গোলাকার শিথিলন ব্যাসার্ধ:

$R_{s}=\left({\frac {3E_{t}}{4\pi p_{0}}}\right)^{\frac {1}{3}}$

নলাকার শিথিলন ব্যাসার্ধ:

$R_{c}=\left({\frac {E_{0}}{\pi p_{0}}}\right)^{\frac {1}{2}}$

যেখানে $E_{t}$ হলো গোলাকার শক তরঙ্গ দ্বারা নির্গত মোট শক্তি। শক তরঙ্গের এই শেষ অংশেই বজ্রপাত শোনা যায়।

বজ্রপাত নিয়ে করা বেশিরভাগ গবেষণায় প্রাকৃতিক উপায়ে সৃষ্ট শব্দকে কাছ থেকে বিশ্লেষণ করা যায়নি। এর কারণ হলো বজ্রপাত ঠিক কোথায় আঘাত করবে তা সঠিকভাবে অনুমান করা অসম্ভব এবং এর ফলে এর কাছাকাছি মাইক্রোফোন স্থাপন করা যায় না। কৃত্রিম উপায়ে বজ্রপাত সৃষ্টির সবচেয়ে সাধারণ উপায় হলো একটি রকেটের ব্যবহার। এই রকেটটি একটি স্টিলের তারের সাথে সংযুক্ত থাকে এবং এটিকে একটি বজ্র মেঘের দিকে নিক্ষেপ করা হয়, যা মাটির কাছাকাছি একটি শর্ট সার্কিট তৈরি করে। এটি বৈদ্যুতিক আধানযুক্ত বজ্র মেঘ থেকে সংযুক্ত বৈদ্যুতিক তারের মাধ্যমে মাটিতে বিদ্যুৎ প্রবাহকে "বাধ্য" করে।

এই ধরণের নিঃসরণকে সাধারণত কৃত্রিমভাবে সৃষ্ট বজ্রপাত বলা হয়। এটি ১৯৮৬, ১৯৯০ এবং ১৯৯১ সালে ফ্রান্সের সেন্ট-প্রিভাট ডি'আলিয়ার-এ ডেপাসে সহ অন্যান্য গবেষকরা ব্যবহার করেছিলেন। সেখানে বিদ্যুৎ দ্বারা সৃষ্ট শকওয়েভের পেছনের চাপ প্রোফাইলকে ফিউ কর্তৃক ১৯৬৯ সালে বিকশিত নলাকার শকওয়েভ তত্ত্ব থেকে প্রাপ্ত তাত্ত্বিক প্রোফাইলের সাথে মেলানো হয়েছিল।

চিত্র ৫. একটি বজ্রনিরোধকে (lightning rod) বাঁকা অংশের বিভিন্ন আকার।

ঘূর্ণির বজ্রপাতের গর্জন বা তালি বাজানোর শব্দের উপর প্রভাব

বজ্রপাতের নালীগুলো নিখুঁতভাবে বৃত্তাকার গ্যাস ডাইনামিক প্রসারণ সহ সরল বা সোজা হয় না, তাই এদের বক্রতাকে অবশ্যই বিবেচনায় নিতে হবে। এই কারণেই এ. এ. ফিউ বজ্রনিরোধকে বক্রতার তিনটি ভিন্ন স্তর উদ্ভাবন করেছেন। ম্যাক্রো, মেসো এবং মাইক্রো-বক্র অংশগুলো যেকোনো CG ডিসচার্জে গুণগতভাবে পর্যবেক্ষণ করা যায়। দেখা গেছে যে, ম্যাক্রো- এবং মেসো-বক্র অংশগুলো একটি CG ডিসচার্জের পালস এবং অ্যাকোস্টিক আচরণ সংগঠিত করার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। গণনামূলক গবেষণার মাধ্যমে দেখা গেছে যে, অ্যাকোস্টিক শক্তির ৮০% ম্যাক্রো-বক্র ডিসচার্জের প্রধান অক্ষের সাথে লম্ব তলের ৩০ ডিগ্রি কোণে নির্গত হয়। এই অঞ্চলেই একজন পর্যবেক্ষক বজ্রপাতের একটি উচ্চ শব্দ শুনতে পান, যেখানে এই অঞ্চলের বাইরে থাকা একজন পর্যবেক্ষক বজ্রপাতের গর্জন শুনতে পান।

জ্রপাতের বিস্তার

বজ্রপাতের বিস্তার চিত্রাবলী

ক্ষয়

দুটো ভিন্ন ধরনের ক্ষয় প্রভাব দেখা যায়। প্রথমটি হলো বিস্তার লাভকারী অ্যাকোস্টিক তরঙ্গের সসীম বিস্তার জনিত, যা তরঙ্গের উল্লেখযোগ্য পরিমাণ প্রসারণ ঘটায়। এখানে একটি "ক্ষয়কারী" প্রভাব কাজ করে যা তরঙ্গমুখের আকস্মিক চাপ বৃদ্ধিকে একটি আরও মসৃণ প্রোফাইলে ভেঙে দিতে চেষ্টা করে। এটি সান্দ্র-তাপীয় ক্ষতির কারণে সৃষ্ট এক প্রকার অপচয়, যা উচ্চ কম্পাঙ্ককে প্রভাবিত করে। এ কারণেই বজ্রপাত যখন ১ কিলোমিটার বা তার বেশি দূরে ঘটে, তখন কেবল নিম্ন কম্পাঙ্কগুলো শোনা যায়।

দ্বিতীয় প্রকারের ক্ষয় হলো বৃষ্টির ফোঁটা এবং বজ্রমেঘ (জলীয় বাষ্পে পূর্ণ) দ্বারা সৃষ্ট বিক্ষিপ্তকরণ এবং অ্যারোসল প্রভাবের কারণে, যা বেশিরভাগ বজ্রপাতের পরিবেশে সাধারণত দেখা যায়। এই ক্ষুদ্র কণাগুলোও বজ্রপাতের তীব্র শব্দ বা গর্জনের উচ্চ কম্পাঙ্কগুলোকে হ্রাস করে। একটি শক্তিশালী শকের ক্ষয় সম্পর্কে আরও জানতে শকওয়েভ এবং ডেটনেশন উইকি দেখতে পারেন।

পরিবেশ

স্মরণ রাখতে হবে, শব্দের বেগ c, মাধ্যমের ঘনত্বের উপর নির্ভরশীল। সুতরাং, বজ্রনিরোধকের চারপাশের অবস্থা যেমন বাতাসের গঠন, বায়ুমণ্ডলীয় চাপ ইত্যাদির ওপর নির্ভর করে বজ্রপাত একটি নির্দিষ্ট গতি, পিচ, কম্পাঙ্ক ব্যান্ড এবং সময়কাল নিয়ে ভ্রমণ করবে। ব্লাঙ্কো এবং সহকর্মীদের (২০০৯)-এর গবেষণায়ও দেখানো হয়েছে, জ্যামিতি শোনা‑যাওয়া শব্দের ক্ষেত্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। উপরন্তু, বায়ুমণ্ডল এবং ভূমির বাধাগুলির (যেমন গাছ, ভবন, সেতু, ভূমি) মধ্য দিয়ে শব্দ ভ্রমণ করার সময় একটি নির্দিষ্ট মাত্রার ক্ষয় হিসাবের মধ্যে রাখতে হবে।

মূল পাতায় ফিরে যান