ایک گیند پانی میں گرائیں: ہوا کا دوسرا گلا گھٹنا طے کرتا ہے کہ وہ واپس آئے گی یا نہیں

جب کوئی ٹھوس جسم پانی میں غوطہ لگاتا ہے، تو وہ اپنے ساتھ ہوا کھینچ لے جاتا ہے، اپنے پیچھے ایک خلا (cavity) کھول دیتا ہے اور اچانک ایسی قوتیں محسوس کرتا ہے جو اس کا راستہ موڑ دیتی ہیں۔ یہ “پانی میں داخلے کا مسئلہ” (water-entry problem) سمندری جہازوں کے اترنے، پرتابوں (projectiles) اور زیرِ آب روبوٹوں کے لیے اہم ہے، اور فطرت میں بھی اس کی مثالیں ملتی ہیں۔ اس کا مطالعہ 1883 میں Worthington کی کھینچی ہوئی تیز رفتار تصاویر سے شروع ہوا، جن میں ایک کرہ پانی سے ٹکرا رہا تھا۔

ابتدائی لمحات کے بارے میں بہت کچھ معلوم ہے۔ ڈوبتے ہوئے کرے کے پیچھے ہوا کا خلا کھنچتا ہے، پھر اس کا گلا گھٹ کر کٹ جاتا ہے (pinch-off) — یعنی اولین گلا گھٹنا (primary pinch-off) — اور کرے سے جڑی ہوا کی ایک جیب پیچھے رہ جاتی ہے۔ اس کے بعد کیا ہوتا ہے، اس کی کم تحقیق ہوئی ہے، خاص طور پر ہلکے کروں کے لیے۔ انڈین انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی مدراس کے Prasanna Kumar Billa اور Pallab Sinha Mahapatra، اور IIT Madras اور ٹیکنیکل یونیورسٹی ڈارم اشٹٹ (Technical University of Darmstadt) کے Cameron Tropea نے اس کے بعد کے حصے کا کھوج لگایا۔

گیندیں، تہیں اور تیز کیمرے

ٹیم نے 4، 6 اور 10 ملی میٹر کے کرے، جو پانی سے 1.12 سے 7.92 گنا تک زیادہ کثیف تھے، 40 سینٹی میٹر گہرے ایک ٹینک میں گرائے۔ ایک خلائی پپیٹ (vacuum pipette) نے انہیں 49 اور 633 ملی میٹر کے درمیان کی بلندیوں سے چھوڑا، تاکہ وہ سطح سے 0.89 سے 3.52 میٹر فی سیکنڈ کی رفتار سے ٹکرائیں۔ تیز رفتار کیمروں نے 1,000 اور 2,000 فریم فی سیکنڈ پر فلم بندی کی، اور ہر صورتِ حال کم از کم تین بار دہرائی گئی۔

سطحیں دو قسم کی تھیں۔ آب گریز (hydrophobic) کرے پانی کو دور ہٹاتے ہیں، اور ان کا زاویۂ تماس (contact angle) تقریباً 100 درجے ہے۔ فوق آب گریز (superhydrophobic) کرے، جن پر ایک تجارتی آب گریز اسپرے کی تہ چڑھائی گئی، تقریباً 155 درجے تک پہنچتے ہیں؛ 150 درجے سے اوپر کوئی سطح فوق آب گریز شمار ہوتی ہے۔

آب گریز (اوپر) اور فوق آب گریز (نیچے) کروں کا پانی میں داخلہ۔ (b) 4 ملی میٹر کا ایک آب گریز کرہ اپنی ہوا کھو دیتا ہے اور ڈوبتا رہتا ہے؛ (d) 4 ملی میٹر کا ایک فوق آب گریز کرہ ہوا کی ایک تہ برقرار رکھتا ہے اور واپس اٹھتا ہے۔ — شکل 2، Billa, Tropea & Sinha Mahapatra (2026)، arXiv:2610.41942۔

فرق فوراً نظر آتا ہے۔ آب گریز کرے کے پیچھے خلا بے ڈھنگا ہوتا ہے، اور پانی کرے کو اس کے خطِ استوا تک گیلا کر دیتا ہے۔ فوق آب گریز کرہ پوری طرح ہوا میں لپٹا ہوتا ہے، اور اس کے خلا کی دیواریں ہموار ہوتی ہیں۔

ایک طرفہ دروازہ

فلموں سے ٹیم نے ہر کرے کا مقام، رفتار اور اسراع معلوم کیا، اور کرے اور اس سے جڑی ہوا کا مجموعی حجم ناپا۔ اولین گلا گھٹنے کے بعد اسراع کم ہوتے ہیں اور توازن سادہ ہوتا ہے: وزن نیچے کھینچتا ہے، پورے ہٹائے گئے حجم سے پیدا ہونے والا اچھال اوپر دھکیلتا ہے، اور کھنچاؤ (drag) حرکت کی مزاحمت کرتا ہے۔

چنانچہ واپس آنے کا اصول سیدھا سادہ اچھال (buoyancy) ہے: کرہ سطح پر صرف اسی صورت میں لوٹتا ہے جب اس کا ہٹایا ہوا حجم، اس کی ہوا سمیت، اس کے اپنے حجم ضرب اس کے کثافتی تناسب سے زیادہ ہو۔ 6 ملی میٹر کا ایک کرہ جس نے اپنے حجم کے 1.42 گنا کے برابر ہٹاؤ برقرار رکھا، اور جس کا کثافتی تناسب 1.12 تھا، مڑا اور اوپر اٹھ آیا۔ 10 ملی میٹر کا ایک کرہ جس کی ہوا کا گلا دوسری بار گھٹا، اس کے پاس 1.02 رہ گیا — جو کافی نہیں — اور وہ ڈوبتا رہا۔

کلیدی مشاہدہ ایک یک طرفہ دروازہ ہے: جب بھی جڑے ہوئے خلا کا گلا دوسری بار گھٹا، کرہ کبھی واپس نہیں آیا۔ پانی سے کم از کم 3.26 گنا کثیف کوئی بھی کرہ دوبارہ نہیں اٹھا، اور نہ ہی 97 درجے سے کم زاویۂ تماس والا کوئی کرہ۔

سائز، رفتار اور اتفاق

گیلا ہونے کی صلاحیت (wettability) مدد کرتی ہے، لیکن معاملہ طے نہیں کرتی۔ سب سے ہلکے فوق آب گریز کروں میں 4 ملی میٹر کا ہر کرہ اوپر آیا، 10 ملی میٹر کا ہر کرہ ڈوب گیا، اور 6 ملی میٹر کے کروں نے ایک تکرار سے دوسری تکرار تک دونوں کام کیے۔ تیز تر ٹکراؤ دوسرا گلا گھٹنا شروع کر سکتے ہیں اور آب گریز کروں کو بھی نیچے بھیج سکتے ہیں۔ اور دو صورتوں میں آب گریز کرے چار میں سے دو تجربات میں اوپر آئے۔

سب سے ہلکے فوق آب گریز کروں کے لیے وقت کے مقابلے میں گہرائی، ہر ایک کے تین تجربات: 4 ملی میٹر کے کرے واپس آتے ہیں (a, b)، 10 ملی میٹر کے کرے ڈوبتے رہتے ہیں (e, f)، اور 6 ملی میٹر کے کرے دونوں میں سے کچھ بھی کر سکتے ہیں (c, d)۔ — شکل 6، Billa, Tropea & Sinha Mahapatra (2026)، arXiv:2610.41942۔

گردن پر نظر

دوسرے گلا گھٹنے کا فیصلہ کیا کرتا ہے؟ ٹیم نے جڑے ہوئے خلا کی گردن، یعنی اس کے سب سے تنگ مقام، کو قریب سے دیکھا۔ 4 ملی میٹر کے کروں میں گردن چوڑی شروع ہوتی ہے، کرے کے رداس کے 65 سے 97% پر، پھر سکڑتی ہے، جبکہ وہ لکیر جہاں پانی، ہوا اور کرہ ملتے ہیں، سطح پر سرکتی جاتی ہے۔

پھنسی ہوئی ہوا کے اچھال اور کرے کے وزن کا موازنہ اس سطحی تناؤ (surface tension) سے کرنے سے، جو گردن کو تھامے رکھتا ہے، ایک حوالہ جاتی رداس حاصل ہوتا ہے۔ جو خلا بچ گئے اور جو ٹوٹ گئے، وہ عموماً اس کی مخالف سمتوں میں آئے۔ لیکن مصنفین محتاط ہیں: بند ہوتی ہوئی گردن آخرکار کسی بھی حد کو پار کر لے گی، اس لیے یہ تقسیم واقعے کے بعد کھینچی گئی ہے اور گلا گھٹنے کی پیش گوئی نہیں کرتی۔ اس کی پیش گوئی کے لیے ہوا کا دباؤ اور گردن کی شکل درکار ہوگی، جو حرکت کرتے کرے سے جڑی ہوں، اور جنہیں یہ فلمیں واضح نہیں کر پاتیں۔

پختہ نتیجہ علت و معلول کی ایک زنجیر ہے: گردن کا ارتقا یہ طے کرتا ہے کہ کتنی ہوا جڑی رہتی ہے، اور یہ ہوا، اچھال کے ذریعے، فیصلہ کرتی ہے کہ کرہ آخرکار کس طرف جاتا ہے۔ گیلا ہونے کی صلاحیت اسی ہوا کے ذریعے اہمیت رکھتی ہے — اپنے طور پر نہیں۔