کشتی کے پچھلے سرے پر ایک چپو پر کی طرح کام کرتا ہے
کایاک، کینو اور چپو والی کشتیاں پانی کو زیادہ تر مزاحمت (drag) کے ذریعے دھکیلتی ہیں: پھل کو پانی میں سے کھینچا جاتا ہے، پھر واپسی کے لیے باہر اٹھا لیا جاتا ہے۔ اسٹرن اسکلنگ کچھ اور کرتی ہے۔ ایک اکیلا لمبا چپو کشتی کے پچھلے تختے (transom) پر ایک کھانچے یا چپو دان میں ٹکا ہوتا ہے، اور اس کا پھل ہمیشہ پانی کے اندر رہتا ہے۔ چپو چلانے والا، جو عام طور پر پیچھے کی طرف منہ کیے ہوتا ہے، دستے کو ایک طرف سے دوسری طرف گھماتا ہے، ہاتھ لامتناہیت کا نشان “∞” بناتے ہیں، اور ساتھ ہی چپو کو اس کے اپنے محور پر موڑتا ہے تاکہ پھل کا زاویہ طے کرے۔ یہ تکنیک دنیا کے کئی حصوں میں اب بھی استعمال ہوتی ہے، لیکن اب تک اس کا مطالعہ زیادہ تر ماہرینِ نسلیات اور حیاتی میکانیات کے ماہرین نے کیا تھا۔ G. Roudaut (انجمن Tud Yaouank Ar Mor، لامپول پلوارزیل)، B. Augier (IFREMER) اور M. Rabaud (پیرس ساکلے یونیورسٹی اور CNRS) نے اسے سیال میکانیات کے ایک مسئلے کے طور پر دیکھنے کا ارادہ کیا۔
سینسرز سے بھرا چپو
ان کی آزمائشی کشتی 4.74 میٹر لمبی اور 1.63 میٹر چوڑی ہے، خالی حالت میں اس کا وزن تقریباً 100 کلوگرام ہے، اور اس کا پیندا (keel) لمبا اور اتھلا ہے — اسٹرن اسکلنگ کافی بھاری، پیندے والی کشتی کے ساتھ سب سے بہتر کام کرتی ہے، کیونکہ چپو کشتی کے پچھلے حصے کو باری باری بائیں اور دائیں دھکیلتا ہے۔ کاربن کا چپو 3.62 میٹر لمبا ہے، جس کا لکڑی کا پھل ایک میٹر کا ہے اور اس کا عرضی مقطع بائیں سے دائیں متناسب اور بہت ہلکا سا خمیدہ ہے۔
پیمانوں نے دستے پر ہاتھوں کی قوت اور چپو پر کھانچے کی قوت ناپی۔ دو حرکت کے سینسرز نے چپو اور کشتی کے ڈھانچے کی نگرانی کی، اور GPS سے درجہ بند کیے گئے ایک پیڈل وہیل لاگ نے رفتار ناپی۔ چونکہ چپو ہلکا ہے، اس پر لگنے والی قوتیں تقریباً متوازن ہوتی ہیں، اس لیے پھل پر پانی کا دھکا دو ناپی گئی قوتوں سے اخذ کیا جا سکتا تھا۔ دو تجربہ کار چپو بازوں میں سے ہر ایک نے پرسکون پانی پر کشتی کو ساکن حالت سے اس تیز ترین رفتار تک پہنچایا جس تک وہ پہنچ سکتے تھے۔
پہلے پر، پھر دھکا
ضرب کے چار مراحل ہیں: ایک طرف کی جھاڑو نما حرکت، چپو کا ایک تیز موڑ، دوسری طرف کی جھاڑو نما حرکت، اور ایک اور موڑ۔
- جھاڑو نما حرکتوں کے دوران پانی پھل سے چھوٹے زاویوں پر ملتا ہے اور اس پر ہمواری سے بہتا ہے۔ پھل پر کی طرح کام کرتا ہے، اور اٹھان کشتی کو چلاتی ہے۔ پر کے خاکوں کے ایک معیاری پروگرام کی مدد سے پھل کے ساتھ ساتھ قاش در قاش کیا گیا حساب ایک لمحے میں 35 نیوٹن کا دھکا دیتا ہے، جبکہ ناپا گیا دھکا 31 نیوٹن تھا۔
- موڑوں کے دوران پھل کچھ دیر کے لیے بہاؤ کے سامنے آ جاتا ہے۔ عام مزاحمت صرف 2 سے 10 نیوٹن دیتی، لیکن ٹیم نے 20 سے 45 نیوٹن ناپے۔ یہ فرق اضافی کمیت (added mass) کا ہے: پھل تیزی سے رفتار پکڑتا ہے اور اسے اپنے ساتھ پانی کی ایک مقدار کو حرکت میں لانا پڑتا ہے۔ ان کا اندازہ، تقریباً 70 نیوٹن، ناپی گئی قوت کی وضاحت کے لیے کافی ہے۔
چاروں مراحل کشتی کو آگے دھکیلتے ہیں، اگرچہ ہر چکر میں دو بار دھکا تقریباً صفر تک گر جاتا ہے۔ 1.2 میٹر فی سیکنڈ پر اوسط دھکا 19.4 نیوٹن تھا۔ پھل کے بائیں اور دائیں کنارے باری باری اگلا کنارہ بنتے ہیں، جسے مصنفین جانوروں کی دنیا میں حرکت کے مقابلے میں منفرد قرار دیتے ہیں، جہاں پنکھ اور پر عام طور پر ایک ہی اگلا کنارہ رکھتے ہیں۔ پیچھے چھوڑے گئے بہاؤ میں، ہر پلٹنے پر نکلنے والے بھنور ایک آڑی ترچھی قطار بناتے ہیں جو پانی کو پیچھے لے جاتی ہے۔
سفری رفتار پر 65%
کشتی کو پہنچائی گئی طاقت کو اس طاقت سے تقسیم کرنے پر جو چپو چلانے والا چپو میں ڈالتا ہے، کارکردگی حاصل ہوتی ہے۔ یہ کم رفتار پر بڑھتی ہے، تقریباً 1.2 میٹر فی سیکنڈ پر 65 ± 5% کی چوٹی پر پہنچتی ہے، پھر تقریباً 2 میٹر فی سیکنڈ پر گر کر تقریباً 25% رہ جاتی ہے۔ موازنے کے لیے مصنفین بحری پروپیلر کی اس کی ڈیزائن کردہ رفتار پر اور بہترین روایتی چپو رانی کی تقریباً 75% کارکردگی کا حوالہ دیتے ہیں۔
وہ وضاحت کرتے ہیں کہ تیز رفتار پر دو چیزیں بگڑ جاتی ہیں۔ پھل کا اچھا زاویہ برقرار رکھنے کے لیے ہاتھوں کو اس سے زیادہ تیزی سے دائیں بائیں حرکت کرنی پڑتی جتنی انسانی جسم کے لیے آرام دہ ہے۔ اور موڑوں کے دوران چپو کو کافی تیزی سے واپس کھینچنا مشکل ہو جاتا ہے — یہاں تک کہ اسے کھانچے سے باہر نکال دینے کا خطرہ ہوتا ہے۔ اسی دوران کشتی کا ڈھانچہ خود اپنی فیصلہ کن رفتار کے قریب پہنچ جاتا ہے، جہاں لہریں بنانا سب سے بڑی مزاحمت بن جاتا ہے: آزمائی گئی حد میں درکار طاقت دس گنا بڑھ گئی، اور تقریباً 300 واٹ پیدا کرنے کے باوجود چپو باز اس سے تیز نہیں جا سکے۔
ایک بہتر چپو کی گنجائش
ٹیم نے پیمائشوں کو سادہ رکھنے کے لیے جان بوجھ کر ایک سخت چپو آزمایا۔ حقیقی چپو باز اکثر کچھ لچک پسند کرتے ہیں، اور مصنفین تجویز کرتے ہیں کہ ایک لچکدار پھل، ایک لمبا چپو یا نیچے کی طرف خمیدہ پھل تیز رفتار پر بہتر زاویے برقرار رکھ سکتے ہیں۔ وہ نتیجہ نکالتے ہیں کہ ایسی کشتی کے لیے مثالی چپو ڈیزائن کرنے میں “بہت سے سمجھوتے شامل ہیں، جن میں چپو چلانے والے کی پیدا کردہ طاقت بھی شامل ہے۔”