పీడనం & దాని ప్రభావాలు (Pressure and its Effects)

బలమైన గాలి వీచినప్పుడు రాలిన ఆకులు గాలిలో తిరుగుతూ లేవడం, చెట్లు ఊగడం లేదా వంగడం, తలుపులు దభాలున మూసుకోవడం, కిటికీలు చప్పుడు చేయడం, బట్టలు రెపరెపలాడటం కనిపిస్తాయి. గాలి కలిగించే బలం వల్ల ఏర్పడే గాలి పీడనమే ఈ ప్రభావాలకు కారణం.

ఈ పాఠంలో బలం–పీడనం సంబంధం, ఉరుములతో కూడిన తుఫానులు, తుపానులు అధ్యయనం చేస్తారు.

• పాఠ విభాగాలు (క్రమం):
  1. 4.1 పీడనం (Pressure)
  2. 4.2 గాలి కలిగించే పీడనం (Pressure Exerted by Air)
  3. 4.3 గాలుల ఏర్పాటు (Formation of Wind)
  4. 4.4 అధిక వేగ గాలులు – గాలి పీడనం తగ్గడం (High-Speed Winds Result in Lowering of Air Pressure)
  5. 4.5 తుఫానులు, ఉరుములతో కూడిన తుఫానులు, మెరుపు (Storms, Thunderstorms and Lightning)
  6. 4.6 తుపాను (Cyclone)
• ముఖ్య పదాలు (Keywords): పీడనం (Pressure), వాతావరణం (Atmosphere), వాతావరణ పీడనం (Atmospheric pressure), తుఫాను (Storm), ఉరుములతో కూడిన తుఫాను (Thunderstorm), మెరుపు (Lightning), ఉరుము (Thunder), తుపాను (Cyclone), ఉపగ్రహాలు (Satellites).
• సారాంశం (Snapshots):
  1. పీడనం అంటే ప్రమాణ వైశాల్యంపై బలం.
  2. పీడనం SI ప్రమాణం N/m²; దీనిని పాస్కల్ (Pa) అంటారు.
  3. ద్రవాలు, వాయువులు పాత్ర గోడలపై పీడనం కలిగిస్తాయి.
  4. మన చుట్టూ ఉన్న గాలి కలిగించే పీడనం వాతావరణ పీడనం.
  5. గాలి పీడనంలో తేడాల వల్ల గాలులు వీస్తాయి.
  6. వెచ్చని గాలి పైకి లేచి అల్ప పీడనం ఏర్పడుతుంది; చుట్టూ ఉన్న అధిక పీడన ప్రాంతాల నుండి చల్లని గాలి ఆ స్థానంలోకి వస్తుంది.
  7. ఉరుములతో కూడిన తుఫాను ఏర్పాటుకు ముఖ్య అవసరాలు తేమ, బలమైన గాలులు.
  8. పైకీ కిందికీ వీచే బలమైన గాలులు మంచు రేణువులు, నీటి బిందువుల మధ్య రాపిడి కలిగించి మేఘాల్లో ఆవేశాలు ఏర్పరుస్తాయి.
  9. ఒక మేఘంలో, మేఘాల మధ్య, లేదా మేఘం–భూమి మధ్య ఆవేశాల ఢీ వల్ల మెరుపు వస్తుంది.
  10. మెరుపు ప్రాణ, ఆస్తి నష్టం కలిగిస్తుంది; మెరుపు రక్షక దండాలు భవనాలను కాపాడతాయి.
  11. భారత వాతావరణ శాఖ (IMD) తుపానులను, ఉరుములతో కూడిన తుఫానులను నిరంతరం పర్యవేక్షిస్తుంది.
• పరస్పర సంబంధం: వెచ్చని గాలి పైకి లేవడం → అల్ప పీడనం → చల్లని గాలి ప్రవేశం → ఆవిరి ఘనీభవించి మేఘాలు → వర్షం, వడగళ్లు, మంచు → మేఘాల్లో ఆవేశాలు → మెరుపు → కొన్ని పరిస్థితుల్లో తుఫాను తుపానుగా మారడం.
• ఈ పాఠంలో వచ్చే కృత్యాలు:
  1. 4.1 గొట్టాలు, బెలూన్లు
  2. 4.2 సీసా నాలుగు రంధ్రాలు
  3. 4.3 సీసా మూడు రంధ్రాలు
  4. 4.4 పేపర్ ప్లేట్
  5. 4.5 రబ్బరు సక్కర్
  6. 4.6 రెండు బెలూన్లు, స్ట్రా
  7. 4.7 రెండు బెలూన్ల మధ్య ఊదడం.

ఒకే బరువున్న రెండు వస్తువులు మన శరీరంపై వేర్వేరు అనుభూతి కలిగించవచ్చు. కారణం – ఆ బరువు ఎంత వైశాల్యంపై పనిచేస్తోందనేది. ఈ భావనను కొలవడానికి పీడనం (Pressure) అనే రాశిని ఉపయోగిస్తారు.

• నిర్వచనం: ప్రమాణ వైశాల్యంపై పనిచేసే బలాన్ని పీడనం అంటారు. పీడనం = బలం ÷ వైశాల్యం (P = F/A).
• షరతు: ఈ పాఠంలో ఉపరితలానికి లంబంగా (Perpendicular) పనిచేసే బలాలను మాత్రమే పరిగణిస్తారు.
• SI ప్రమాణాలు:
  1. బలం – న్యూటన్ (N); వైశాల్యం – చదరపు మీటరు (m²).
  2. పీడనం – న్యూటన్/మీటరు² (N/m²). దీనికే మరో పేరు పాస్కల్ (Pascal), సంకేతం Pa.
• లెక్క: 2 m² వైశాల్యం గల అట్టపై 100 N బలం పనిచేస్తే పీడనం = 100 ÷ 2 = 50 N/m² (50 Pa).
• వైశాల్యం పెరిగితే పీడనం తగ్గుతుంది (బలం మారనప్పుడు):
• వెడల్పాటి పట్టీల సంచి భుజాలపై తక్కువ పీడనం కలిగిస్తుంది
• సన్నని పట్టీల సంచి ఎక్కువ పీడనం కలిగిస్తుంది – రెండింటి బరువు సమానమైనా.
• వెడల్పాటి పిడి ఉన్న నీటి బకెట్ ఎత్తడం సులువు.
• తలపై కుండలు, కూరగాయల బుట్టలు మోసేటప్పుడు కింద గుండ్రని గుడ్డ చుట్ట పెడతారు – వైశాల్యం పెంచి పీడనం తగ్గించడానికి.
• వైశాల్యం తగ్గితే పీడనం పెరుగుతుంది:
  1. మేకును మొనదేలిన చివర నుండి కొడితే సులువుగా దిగుతుంది; తల వైపు నుండి కష్టం.
  2. ఆపిల్‌ను కత్తి పదునైన అంచుతో కోయడం సులువు; మొద్దు అంచుతో కష్టం.
• నిర్ధారణ:
  1. బలం పనిచేసే వైశాల్యం చిన్నదైతే పీడనం ఎక్కువ
  2. అందువల్ల కొన్ని పనులు సులువవుతాయి.

పీడనం లెక్కల్లో బలాన్ని న్యూటన్లలో, వైశాల్యాన్ని చదరపు మీటర్లలో తీసుకుని P = F ÷ A వాడతారు. పాఠంలోని ఉదాహరణ, అభ్యాస ప్రశ్నల లెక్కలు ఇక్కడ ఇస్తున్నాం.

• పాఠంలోని ఉదాహరణ: బలం 100 N, అట్ట వైశాల్యం 2 m² → P = 100 ÷ 2 = 50 N/m² (50 Pa).
• అభ్యాస లెక్క – ఏనుగు:
  1. ఏనుగు బరువు 20000 N; ఒక పాదం వైశాల్యం 0.25 m²; నాలుగు పాదాలపై నిలబడుతుంది.
  2. మొత్తం వైశాల్యం = 4 × 0.25 = 1 m².
  3. పీడనం = 20000 ÷ 1 = 20000 N/m² (20000 Pa).
  4. ఒక్క పాదం పైనే బరువు ఉంటే (0.25 m²) పీడనం 80000 Pa అవుతుంది – వైశాల్యం తగ్గితే పీడనం పెరుగుతుంది.
• అభ్యాస లెక్క – రెండు పడవలు:
  1. పడవ A: అడుగు వైశాల్యం 7 m², 5 మంది; పడవ B: 3.5 m², 3 మంది; ఒక్కొక్కరి బరువు 700 N.
  2. A పై బలం = 5 × 700 = 3500 N → పీడనం = 3500 ÷ 7 = 500 Pa.
  3. B పై బలం = 3 × 700 = 2100 N → పీడనం = 2100 ÷ 3.5 = 600 Pa.
  4. పడవ B అడుగున పీడనం ఎక్కువ; తేడా 600 − 500 = 100 Pa.
• పట్టిక 4.1 ఫలితాలు (పంక్తులుగా):
  1. ఇనుప మేకు కొట్టడం: మొనదేలిన చివరతో సులభం (చిన్న వైశాల్యం, ఎక్కువ పీడనం); తల వైపు నుండి కష్టం.
  2. ఆపిల్ కోయడం: కత్తి పదునైన అంచుతో సులభం; మొద్దు అంచుతో కష్టం.
  3. నిర్ధారణ: బలం పనిచేసే వైశాల్యం చిన్నదైతే పీడనం ఎక్కువై కొన్ని పనులు సులువవుతాయి.
• అభ్యాస ప్రశ్న – సంచి పట్టీలు:
  1. వెడల్పాటి పట్టీలు భుజాలపై పీడనాన్ని తగ్గిస్తాయి (బరువును కాదు)
  2. అందుకే సౌకర్యంగా ఉంటుంది. సన్నని పట్టీలు వైశాల్యాన్ని తగ్గించి పీడనాన్ని పెంచుతాయి.
• నిర్వచనాలు (అభ్యాసంలో అడిగినవి):
  1. పీడనం = ప్రమాణ వైశాల్యంపై పనిచేసే బలం.
  2. పాస్కల్ = పీడనం SI ప్రమాణం, 1 Pa = 1 N/m².
• సరైన వర్ణన:
  1. పీడనాన్ని "ప్రమాణ వైశాల్యంపై బలం" అని చెప్పాలి
  2. కేవలం మొత్తం బలం, వైశాల్యం లేదా వస్తువు బరువు పీడనం కాదు.
• లెక్కల చిట్కా:
  1. 1 m² = 10,000 cm² (ప్రామాణిక మార్పిడి)
  2. వైశాల్యం cm²లో ఇస్తే m²లోకి మార్చాలి.

ఘనాలు తమ బరువు వల్ల కింది ఉపరితలంపై పీడనం కలిగిస్తాయి. ద్రవాలు కూడా పీడనం కలిగిస్తాయి. ఆ పీడనం దేనిపై ఆధారపడుతుందో ఒక ప్రయోగం ద్వారా తెలుస్తుంది.

• కృత్యం 4.1 ఏర్పాటు: ఒకే పొడవు (సుమారు 25 cm), వేర్వేరు వ్యాసాలు గల రెండు పారదర్శక గొట్టాలను తీసుకుని, ఒక్కొక్క చివర రబ్బరు బెలూన్ కడతారు. రెండింటిలో ఒకే ఎత్తు వరకు నీరు పోస్తారు.
• పరిశీలన: రెండు బెలూన్లు సమానంగా ఉబ్బుతాయి.
• నిర్ధారణ:
  1. గొట్టాల వ్యాసం వేరు కాబట్టి నీటి బరువు వేరు. అయినా ఉబ్బు సమానం – అంటే ఉబ్బుకు కారణం నీటి బరువు కాదు.
  2. ఉబ్బుకు కారణం నీటి స్తంభం కలిగించే పీడనం. నీటి స్తంభం ఎత్తు సమానమైతే పీడనం సమానం.
• ఎత్తు పెంచితే: ఒక గొట్టంలో మరింత నీరు పోసి నీటి స్తంభం ఎత్తు పెంచితే బెలూన్ ఎక్కువగా ఉబ్బుతుంది. అంటే గొట్టం అడుగున పీడనం పెరిగింది.
• సూత్రం: పాత్రలో ద్రవం కలిగించే పీడనం ద్రవ స్తంభం ఎత్తుపై ఆధారపడుతుంది.
• ఓవర్‌హెడ్ ట్యాంక్ (Overhead tank):
  1. నీటి సరఫరా కోసం ఇళ్ల పైకప్పులపై ఎత్తులో ట్యాంకులు ఉంచుతారు.
  2. ఎత్తు ఎక్కువైతే నీటి స్తంభం ఎత్తు ఎక్కువ → కుళాయిల వద్ద పీడనం ఎక్కువ → నీరు బలంగా వస్తుంది.
  3. ట్యాంకుకు దూరంగా ఉండే పై అంతస్తు కంటే, కింది అంతస్తు కుళాయిలో నీరు ఎక్కువ శక్తితో వస్తుంది (కుళాయి నుండి ట్యాంకు నీటి మట్టం వరకు ఎత్తు ఎక్కువ కాబట్టి).

ద్రవం అడుగు భాగంపైనే కాదు, పాత్ర గోడలపై కూడా పీడనం కలిగిస్తుంది. లోతు పెరిగేకొద్దీ ఈ పీడనం పెరుగుతుంది. ఈ అంశాలు రెండు కృత్యాల ద్వారా తెలుస్తాయి.

• కృత్యం 4.2 – పక్క గోడలపై పీడనం:
  1. ప్లాస్టిక్ సీసా అడుగు భాగం దగ్గర, ఒకే ఎత్తులో, నాలుగు చిన్న రంధ్రాలు చేసి, టేపుతో మూసి, నీరు నింపుతారు.
  2. ఒకేసారి టేపు తీస్తే రంధ్రాల నుండి నీరు బయటకు చిమ్ముతుంది.
  3. నిర్ధారణ: ద్రవాలు అడుగు భాగంపై మాత్రమే కాక, పక్క గోడలపై కూడా పీడనం కలిగిస్తాయి. అంటే అన్ని దిశల్లో పీడనం కలిగిస్తాయి.
• పైపుల్లో ఫౌంటెన్ లాంటి చిమ్మడం: నీటి పైపుల్లో లీకైన జాయింట్లు లేదా రంధ్రాల నుండి నీరు చిమ్మడానికి కారణం గోడలపై నీటి పీడనమే.
• కృత్యం 4.3 – లోతుతో పీడనం:
  1. ఒకే దిశలో, వేర్వేరు ఎత్తుల్లో మూడు రంధ్రాలు చేసిన సీసాలో నీరు పోస్తారు.
  2. అన్నిటికంటే పై రంధ్రం నుండి నీరు తక్కువ బలంతో, అన్నిటికంటే కింది రంధ్రం నుండి ఎక్కువ బలంతో వస్తుంది.
  3. నిర్ధారణ: ద్రవంలో పీడనం లోతుతో పెరుగుతుంది.
• ఆనకట్ట (Dam):
  1. ఆనకట్ట అడుగు భాగం పై భాగం కంటే చాలా వెడల్పుగా ఉంటుంది.
  2. ఆనకట్టలో నిల్వ ఉన్న నీరు పక్క గోడలపై అడ్డంగా (Horizontally), నేలపై నిలువుగా (Vertically) పీడనం కలిగిస్తుంది.
  3. అడ్డ పీడనం అడుగు భాగం దగ్గర చాలా ఎక్కువ; దాన్ని తట్టుకోవడానికి, నిర్మాణానికి ఆధారంగా అడుగు వెడల్పుగా కడతారు.

ద్రవ పీడనం గురించి పాఠంలోని కృత్యాలు, అభ్యాస ప్రశ్నల నుండి వచ్చే నిర్ధారణలను ఇక్కడ క్రమబద్ధంగా చూద్దాం.

• రెండంతస్తుల ప్రశ్న:
  1. మూడంతస్తుల భవనం పైన ట్యాంకు ఉంటే, మొదటి అంతస్తు కుళాయి నుండి నీరు రెండో అంతస్తు కుళాయి కంటే బలంగా వస్తుంది
  2. ట్యాంకు నీటి మట్టం నుండి కుళాయి వరకు ఎత్తు వ్యత్యాసం ఎక్కువైతే పీడనం ఎక్కువ.
• ట్యాంకు ఎత్తు (H) ప్రశ్న: కింది అంతస్తులో ఎక్కువ పీడనం కావాలంటే ట్యాంకు ఎత్తు H పెంచాలి.
• అదే ఎత్తులో ఎక్కువ నీరు పట్టే ట్యాంకు పెడితే పీడనం పెరగదు.
• అదే ఎత్తులో తక్కువ నీరు పట్టే ట్యాంకు పెడితే పీడనం తగ్గదు.
• కారణం – ద్రవ పీడనం ఎత్తుపై ఆధారపడుతుంది, పరిమాణంపై కాదు.
• సమాన ఎత్తు పాత్రలు (రెండు పాత్రల ప్రశ్న): రెండు పాత్రల్లో నీరు ఒకే మట్టం వరకు ఉంటే వాటి అడుగున పీడనాలు సమానం (PA = PB). ఎందుకంటే పీడనం ఎత్తుపై ఆధారపడుతుంది. అడుగు భాగంపై బలం = పీడనం × అడుగు వైశాల్యం కాబట్టి వైశాల్యం వేరైతే మొత్తం బలం వేరవుతుంది.
• వేర్వేరు ఆకారాల పాత్రలు (P, Q, R): అడుగున కలిసి ఉన్న వేర్వేరు ఆకారాల పాత్రల్లో నీరు పోసి ఆపితే, అన్నింటిలోనూ నీటి మట్టం సమానంగా ఉంటుంది (ఒకే ఎత్తు → ఒకే పీడనం).
• బెలూన్ల ప్రశ్న (సీసా):
  1. నీరున్న సీసాకు సమాన ఎత్తులో కట్టిన ఒకేలాంటి రెండు బెలూన్లు సమానంగా ఉబ్బుతాయి
  2. ఎక్కువ లోతులో ఉన్న బెలూన్ ఎక్కువగా ఉబ్బుతుంది (లోతుతో పీడనం పెరుగుతుంది – సాధారణ నియమం).
• నిజం/అబద్ధం:
  1. "ద్రవాలు పాత్ర అడుగున మాత్రమే పీడనం కలిగిస్తాయి" – అబద్ధం (F)
  2. ద్రవాలు అన్ని దిశల్లో పీడనం కలిగిస్తాయి.
• వాస్తవ ఉదాహరణలు:
  1. లీకైన పైపు జాయింట్ నుండి నీరు ఫౌంటెన్‌లా చిమ్మడం
  2. సీసా కింది రంధ్రం నుండి బలమైన ధార
  3. ఆనకట్ట అడుగు వెడల్పు.
• ఆనకట్టలో పీడనం:
  1. నీరు ఆనకట్ట పక్క గోడలపై అడ్డంగా (horizontal), నేలపై నిలువుగా (vertical) పీడనం కలిగిస్తుంది
  2. అడ్డ పీడనం అడుగున చాలా ఎక్కువ.

భూమి చుట్టూ ఉన్న గాలి పొరను వాతావరణం (Atmosphere) అంటారు. గాలి కూడా ద్రవాల లాగే పీడనం కలిగిస్తుంది. భూమి చుట్టూ గాలి కలిగించే ఈ పీడనమే వాతావరణ పీడనం.

• వాతావరణం (Atmosphere):
  1. భూమిని చుట్టి ఉన్న గాలి పొర.
  2. నైట్రోజన్, ఆక్సిజన్, ఆర్గాన్, కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ వంటి వాయువులు, ఇతరాలు స్వల్ప పరిమాణాల్లో ఉంటాయి.
  3. భూ ఉపరితలం నుండి అనేక కిలోమీటర్ల ఎత్తు వరకు విస్తరించి ఉంది.
• కృత్యం 4.4 – పేపర్ ప్లేట్: బోర్లించిన పేపర్ ప్లేట్‌కు కర్ర అతికించి, దానిపై రెండు మడతలు పెట్టిన చార్ట్ పేపర్ ఉంచి ఎత్తడం కంటే, మడత లేని పూర్తి చార్ట్ పేపర్ ఉంచి ఎత్తడానికి ఎక్కువ శ్రమ అవసరం.
• చార్ట్ బరువు మారలేదు
• వైశాల్యం మాత్రమే పెరిగింది.
• నిర్ధారణ:
  1. గాలి చార్ట్‌పై బలం కలిగిస్తుంది
  2. వైశాల్యం పెరిగితే ఆ బలం పెరుగుతుంది. కాబట్టి గాలి పీడనం కలిగిస్తుంది – గాలి అన్ని వస్తువులపై పీడనం కలిగిస్తుంది.
• కొలతలు:
  1. కృత్యంలో వాడే రెండు చార్ట్ పేపర్లు ఒకేలా (సుమారు 70 cm × 56 cm)
  2. ఒకదాన్ని రెండు మడతలు పెడతారు, రెండు చార్టులకూ మధ్యలో కర్ర వెళ్లేంత రంధ్రం ఉంటుంది.
• వాతావరణ పీడనం: మన చుట్టూ ఉన్న గాలి కలిగించే పీడనం.
• బెలూన్: ఊదినప్పుడు బెలూన్ అన్ని దిశల్లో ఉబ్బుతుంది – గాలి అన్ని దిశల్లో పీడనం కలిగిస్తుందని దీని అర్థం.
• కృత్యం 4.5 – రబ్బరు సక్కర్ (Rubber sucker):
  1. నునుపైన ఉపరితలంపై నొక్కితే కప్పు కింద ఉన్న గాలి బయటకు వెళ్లి లోపల గాలి పీడనం తగ్గుతుంది.
  2. బయటి గాలి పీడనం లోపలి పీడనం కంటే ఎక్కువ కాబట్టి సక్కర్ అంటుకుంటుంది.
  3. లాగి తీయడానికి, లోపల–బయట పీడన వ్యత్యాసాన్ని అధిగమించేంత బలం వేయాలి.
• వాతావరణ పీడనం పరిమాణం: 15 cm × 15 cm వైశాల్యంపై వాతావరణ గాలి స్తంభం కలిగించే బలం, 225 kg ద్రవ్యరాశి గల వస్తువుపై గురుత్వ బలానికి (2250 N) దాదాపు సమానం.
• మనం నలిగిపోకపోవడం ఎందుకు? మన శరీరం లోపల పీడనం కూడా వాతావరణ పీడనానికి సమానం
• అది బయటి పీడనాన్ని సమతుల్యం చేస్తుంది. శరీరంలో ద్రవాలు, వాయువుల కదలిక వల్ల ఈ లోపలి పీడనం ఏర్పడుతుంది.
• గాలి పీడన ప్రమాణాలు: SI ప్రమాణం N/m² (Pa). ఆచరణలో మిల్లీబార్ (mb) వాడతారు: 1 mb = 100 Pa. హెక్టోపాస్కల్ (hPa) కూడా 100 Pa కు సమానం.

గాలి ఎప్పుడూ ఎక్కువ పీడనం ఉన్న ప్రాంతం నుండి తక్కువ పీడనం ఉన్న ప్రాంతం వైపు కదులుతుంది. ఈ కదలికనే మనం గాలి (Wind) అంటాం. పీడన వ్యత్యాసం ఎంత ఎక్కువైతే గాలి వేగం అంత ఎక్కువ.

• సూత్రం:
  1. గాలులు పీడన వ్యత్యాసం వల్ల ఏర్పడతాయి
  2. గాలి అధిక పీడన ప్రాంతం నుండి అల్ప పీడన ప్రాంతానికి వెళ్తుంది.
• రోజువారీ ఉదాహరణలు:
  1. మూత తెరిచి ఉంచిన బెలూన్ నుండి గాలి బయటకు పోవడం
  2. సైకిల్ ట్యూబ్‌కు చిల్లు పడితే గాలి బయటకు పోయి ట్యూబ్ చప్పబడడం.
• కృత్యం 4.6 – రెండు బెలూన్లు, స్ట్రా:
  1. ఒక బెలూన్‌ను ఊది, ఊదని బెలూన్‌తో స్ట్రా ద్వారా కలుపుతారు.
  2. ఊదిన బెలూన్‌లో పీడనం ఎక్కువ కాబట్టి గాలి ఊదని బెలూన్‌లోకి వెళ్తుంది; ఒకటి చిన్నదవుతుంది, రెండోది పెద్దదవుతుంది.
  3. కొంతసేపటికి రెండూ దాదాపు సమాన పరిమాణం చేరతాయి; రెండింటిలో పీడనం సమానమైనప్పుడు గాలి కదలిక ఆగిపోతుంది.
• పీడన వ్యత్యాసం – వేగం: పీడన వ్యత్యాసం ఎక్కువైతే గాలి వేగం ఎక్కువ.
• సముద్రపు గాలి (Sea breeze) – పగలు:
  1. భూమి నీటి కంటే త్వరగా వేడెక్కుతుంది.
  2. భూమిపై గాలి వేడెక్కి తేలికై పైకి లేస్తుంది → భూమిపై అల్ప పీడనం.
  3. సముద్రంపై ఉన్న అధిక పీడన గాలి భూమి వైపు వీస్తుంది.
• భూపవనం (Land breeze) – రాత్రి:
  1. నీరు భూమి కంటే వెచ్చగా ఉంటుంది → సముద్రంపై అల్ప పీడనం.
  2. గాలి భూమి నుండి సముద్రం వైపు వీస్తుంది.
• ముగింపు: సముద్రపు గాలి, భూపవనం భూమి–సముద్రాల మధ్య పీడన వ్యత్యాసం వల్లే ఏర్పడతాయి.

గాలి వేగం ఎక్కువైతే ఆ ప్రాంతంలో పీడనం తగ్గుతుంది. తుపాను సమయంలో ఇళ్ల పైకప్పులు ఎగిరిపోవడానికి ఇదే కారణం.

• కృత్యం 4.7 – రెండు బెలూన్లు:
  1. సమాన పరిమాణం గల రెండు బెలూన్లను 6–10 cm దూరంలో వేలాడదీసి, వాటి మధ్య ఖాళీలో గాలి ఊదుతారు.
  2. బెలూన్లు ఒకదాని వైపు మరొకటి కదులుతాయి; గట్టిగా ఊదితే వేగంగా దగ్గరవుతాయి.
  3. కారణం: మధ్యలో అల్ప పీడన ప్రాంతం ఏర్పడుతుంది; చుట్టూ ఉన్న ఎక్కువ పీడనం బెలూన్లను లోపలికి నెడుతుంది.
  4. నిర్ధారణ: అధిక వేగ గాలులతో పాటు పీడనం తగ్గుతుంది.
• పైకప్పులు ఎగిరిపోవడం:
  1. అధిక వేగ గాలి ఇళ్లపై వీస్తే పైకప్పు పైన అల్ప పీడనం ఏర్పడుతుంది.
  2. ఇంటి లోపలి (కింది) పీడనం పైకప్పు పైన ఉన్న పీడనం కంటే ఎక్కువ అవుతుంది.
  3. పీడన వ్యత్యాసం పెద్దదై, పైకప్పులు బలహీనంగా ఉంటే అవి ఎగిరిపోతాయి.
• తలుపులు, కిటికీలు తెరిచి ఉంచడం: అధిక వేగ గాలి తుపాను సమయంలో తలుపులు, కిటికీలు తెరిచి ఉంచడం సురక్షితం. గాలి ఇంటి లోపల నుండి వెళ్లడం వల్ల లోపల, పైకప్పు పైన పీడన వ్యత్యాసం చాలా వరకు తగ్గి పైకప్పులు ఎగరకుండా ఉంటాయి.
• బెర్నౌలీ సూత్రం (Bernoulli's Principle):
  1. వేగంగా కదిలే గాలికి పీడనం తక్కువ; నెమ్మదిగా కదిలే గాలికి పీడనం ఎక్కువ.
  2. ఈ సూత్రం ద్వారా విమానం రెక్కలు, ఎగిరే పక్షులు, తిరిగే బంతులు, పెర్ఫ్యూమ్ స్ప్రేలు, అటమైజర్ల పనితీరును వివరించవచ్చు.
• బ్యానర్లు, హోర్డింగ్‌లలో రంధ్రాలు (పాఠం ప్రశ్న): రంధ్రాల ద్వారా గాలి దాటిపోవడం వల్ల బ్యానర్ ముందు–వెనుక పీడన వ్యత్యాసం తగ్గి, అది చిరిగిపోకుండా, ఎగిరిపోకుండా ఉంటుంది.

భూమి వేడెక్కినప్పుడు తేమతో కూడిన గాలి పైకి లేచి మేఘాలు, వర్షం ఏర్పడతాయి. కొన్ని పరిస్థితుల్లో మేఘాల్లో విద్యుత్ ఆవేశాలు వేరుపడి మెరుపులు, ఉరుములు వస్తాయి.

• గాలి చక్రం: భూమి వేడెక్కినప్పుడు తేమతో కూడిన గాలి తేలికై పైకి లేస్తుంది → అల్ప పీడనం. చుట్టూ ఉన్న అధిక పీడన ప్రాంతాల నుండి చల్లని గాలి ఆ స్థానంలోకి వస్తుంది. అది కూడా వేడెక్కి పైకి లేస్తుంది – ఈ చక్రం కొనసాగుతుంది.
• మేఘాలు, వర్షం:
  1. పైకి లేచే గాలి వ్యాకోచించి చల్లబడుతుంది
  2. అందులోని తేమ ఘనీభవించి నీటి బిందువులై మేఘాలు ఏర్పడతాయి. బిందువులు కలిసి బరువైన చుక్కలై వర్షం, వడగళ్లు లేదా మంచుగా కిందకు పడతాయి.
• తుఫాను (Storm): వర్షంతో కూడిన బలమైన గాలులు. వేడి, తేమ, ఉష్ణమండల ప్రాంతమైన భారతదేశంలో తుఫానులు ఎక్కువ.
• ఉరుములతో కూడిన తుఫాను (Thunderstorm) ఏర్పాటుకు అవసరాలు: తేమ, బలమైన గాలులు.
• ఆవేశం ఏర్పడటం:
  1. వెచ్చని గాలి చాలా ఎత్తుకు వెళ్తే అక్కడి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత నీటి బిందువులను మంచు రేణువులుగా మారుస్తుంది.
  2. పైకీ, కిందకీ వీచే బలమైన గాలులు నీటి బిందువులు, మంచు రేణువుల మధ్య రాపిడి కలిగిస్తాయి. రెండు వస్తువులు రాపిడి చెందితే ఆవేశితమవుతాయి; మేఘాల్లో స్థిర విద్యుత్ ఆవేశాలు ఏర్పడతాయి.
  3. తేలికైన ధన (+) ఆవేశిత మంచు రేణువులు మేఘం పై భాగానికి చేరతాయి.
  4. బరువైన రుణ (−) ఆవేశిత నీటి బిందువులు మేఘం కింది భాగంలో ఉంటాయి. ఈ విధంగా మేఘంలో ఆవేశ వేర్పాటు జరుగుతుంది.
  5. రుణావేశిత మేఘం కింది భాగం నేలకు దగ్గరైతే, నేల మరియు చెట్లు, భవనాలు వంటి వస్తువులు ధనావేశితమవుతాయి.
• మెరుపు (Lightning):
  1. గాలి సాధారణంగా విద్యుత్ బంధక పదార్థం (Insulator); వ్యతిరేక ఆవేశాలను కలవనీయదు.
  2. ఆవేశాలు చాలా ఎక్కువగా పేరుకుపోయినప్పుడు గాలి బంధక లక్షణం విఫలమై, ఆవేశాలు ఒక్కసారిగా ప్రవహించి, ప్రకాశవంతమైన కాంతి వెలువడుతుంది – దీనిని మెరుపు అంటారు.
  3. మెరుపు ఒకే మేఘం లోపల, రెండు మేఘాల మధ్య, లేదా మేఘం – భూమి మధ్య సంభవించవచ్చు.
• ఉరుము (Thunder):
  1. మెరుపు చుట్టూ ఉన్న గాలిని వేగంగా వేడి చేస్తుంది
  2. గాలి వ్యాకోచించి పెద్ద శబ్దం వస్తుంది – అదే ఉరుము.
• ఉరుములతో కూడిన తుఫాను: మెరుపు, ఉరుములతో కలిసి వచ్చే తుఫాను.

మెరుపు ప్రమాదకరమైనది, కానీ సరైన జాగ్రత్తలు, మెరుపు రక్షక దండం (Lightning conductor) వంటి ఏర్పాట్లతో నష్టాన్ని తగ్గించవచ్చు. ఉరుములతో కూడిన తుఫానులు కొన్ని ప్రయోజనాలు కూడా కలిగిస్తాయి.

• మెరుపు వల్ల నష్టాలు: నిప్పు రాజేయడం, భవనాలను దెబ్బతీయడం, మనుషులు, జంతువులకు తీవ్రమైన కాలిన గాయాలు లేదా మరణం.
• మెరుపు సమయంలో జాగ్రత్తలు:
  1. ఎత్తైన వస్తువులకు దూరంగా ఉండాలి.
  2. లోతట్టు బయలు ప్రదేశం చూసుకుని కాళ్లపై కూర్చోవాలి (crouch down); నేలతో సంబంధం వీలైనంత తగ్గించాలి.
  3. నేలపై పూర్తిగా పడుకోకూడదు.
  4. లోహపు కడ్డీ ఉన్న గొడుగు వాడకూడదు.
  5. నీటిలో ఉంటే వెంటనే బయటకు రావాలి.
  6. బస్సు లేదా కారు లోపల ఉంటే తులనాత్మకంగా సురక్షితం.
• మెరుపు రక్షక దండం (Lightning conductor):
  1. భవనాల నిర్మాణ సమయంలో గోడల వెంట అమర్చే లోహపు కడ్డీ.
  2. కడ్డీ ఒక చివర మొనదేలి ఉంటుంది; ఈ చివరను భవనంలో ఎత్తైన బిందువు కంటే పైకి ఉంచుతారు.
  3. రెండో చివరను నేలలో లోతుగా పాతుతారు.
  4. ఇది విద్యుత్ ఆవేశాలు నేలలోకి చేరడానికి సులభ మార్గం కల్పించి భవనాన్ని కాపాడుతుంది.
• ఉరుములతో కూడిన తుఫానుల ప్రయోజనాలు (A step further):
• వాతావరణంలోని నైట్రోజన్ ఎక్కువ మొత్తంలో నైట్రేట్లుగా మారి వర్షంతో పాటు నేలకు చేరుతుంది
• ఇవి మొక్కల పెరుగుదలకు తోడ్పడతాయి.
• భారతదేశంలో స్థానిక తుఫానులకు వేర్వేరు పేర్లు:
  1. పశ్చిమ బెంగాల్, బిహార్, ఝార్ఖండ్‌లో కాల్‌బోయిశాఖి (Kalboishakhi)
  2. అస్సాంలో బోర్డోయిసిలా (Bordoisila).
• ఇవి రుతుపవనాలకు ముందు వచ్చి ఖరీఫ్ పంటల పెరుగుదలకు సహాయపడతాయి.
• కేరళ, కర్ణాటక, తమిళనాడులో వీటిని మామిడి జల్లులు (Mango showers) అంటారు – మామిడి పండ్లు పక్వానికి రావడానికి తోడ్పడతాయి.
• కర్ణాటకలో స్థానిక తుఫానులు కాఫీ మొక్కల పెరుగుదలకు సహాయపడతాయి.

తుపాను (Cyclone) అంటే వెచ్చని సముద్ర జలాలపై ఏర్పడే పెద్ద తుఫాను. ఇది చాలా తక్కువ పీడనం కేంద్రంలో, చుట్టూ తిరిగే అధిక వేగ గాలులతో కూడి ఉంటుంది.

• ఏర్పాటు దశలు:
  1. సముద్ర నీరు వేడెక్కినప్పుడు, దానిపై ఉన్న వెచ్చని, తేమ గాలి పైకి లేస్తుంది.
  2. పైకి వెళ్లే తేమ గాలిలోని నీటి ఆవిరి ఘనీభవించి వర్షపు చుక్కలుగా మారుతుంది.
  3. బాష్పీభవనంలో నీరు ఉష్ణాన్ని గ్రహిస్తుంది; ఆవిరి తిరిగి ఘనీభవించినప్పుడు ఆ ఉష్ణం వాతావరణంలోకి విడుదలవుతుంది.
  4. ఈ ఉష్ణం పైకి లేచే గాలిని మరింత వేడి చేసి, ఇంకా పైకి లేపుతుంది; అల్ప పీడనం మరింత తగ్గుతుంది.
  5. చుట్టుపక్కల నుండి గాలి ఆ ప్రాంతంలోకి ప్రవేశించి, అదీ పైకి లేస్తుంది.
  6. భూమి భ్రమణం కదిలే గాలిని తిప్పుతుంది (spin).
  7. ఈ చక్రం పునరావృతమై, చాలా అల్ప పీడనం కేంద్రంలో, దాని చుట్టూ అధిక వేగ గాలులు తిరిగే వ్యవస్థ ఏర్పడుతుంది. మేఘాలు, గాలులు, వర్షం కలిసిన ఈ తిరిగే వ్యవస్థనే తుపాను అంటారు.
• తుపాను కన్ను (Eye of the cyclone):
  1. తుపాను మధ్యలో అతి తక్కువ పీడనం ఉన్న ప్రాంతం.
  2. ఇక్కడ గాలి ప్రశాంతంగా ఉంటుంది; చుట్టూ ఉన్న ప్రాంతంలో బలమైన గాలులు, భారీ వర్షం ఉంటాయి.
• సముద్రం నుండి భూమికి: తుపాను సముద్రం నుండి భూమి వైపు కదిలినప్పుడు సాధారణ ఉరుములతో కూడిన తుఫానుల కంటే ఎక్కువ గాలి వేగాలు కలిగిస్తుంది.
• భూమిని చేరిన తర్వాత:
  1. తేమ గాలి మూలం తెగిపోతుంది
  2. తుపాను క్రమంగా బలహీనపడుతుంది.
• భూ భ్రమణం పాత్ర: భూమి భ్రమణం వల్లే గాలి తిరుగుతుంది (spin), తుపాను ఆకారం ఏర్పడుతుంది.

తుపాను భూమిని చేరిన తర్వాత బలహీనపడినా, నెలలు లేదా సంవత్సరాల పాటు మరమ్మతు చేయాల్సిన నష్టాన్ని మిగులుస్తుంది. అందుకే ముందస్తు హెచ్చరికలు, భద్రతా చర్యలు అవసరం.

• ఉదాహరణ: 2020లో వచ్చిన ఆంఫన్ (Amphan) తుపానులో గరిష్ఠ గాలి వేగం గంటకు 270 కి.మీ.
• తుపాను వల్ల నష్టాలు:
  1. బలమైన గాలులు సముద్ర నీటిని తీరం వైపు నెట్టి, 3–12 మీటర్ల ఎత్తు వరకు నీటి గోడ ఏర్పరుస్తాయి; ఇది తీర ప్రాంతాలనే కాక సముద్రానికి దూరంగా ఉన్న ప్రాంతాలను కూడా ముంచగలదు.
  2. భారీ వర్షాల వల్ల నదులు పొంగి ప్రవహించి, కొండచరియలు విరిగిపడవచ్చు.
  3. లోపలికి చొచ్చుకువచ్చే సముద్ర నీరు తాగునీటి వనరులను కలుషితం చేసి, వ్యవసాయ భూములను దెబ్బతీస్తుంది; సముద్ర నీటిలోని ఉప్పు నేల సారాన్ని తగ్గించి పంటలను ప్రభావితం చేస్తుంది.
  4. కూలిన చెట్లు, శిథిలాల వల్ల రోడ్లు మూసుకుపోయి సహాయం చేరడం కష్టమవుతుంది.
  5. రోజుల తరబడి విద్యుత్ అంతరాయం ఏర్పడి అత్యవసర సేవలు, దైనందిన జీవితం దెబ్బతింటాయి.
• రక్షణ చర్యలు:
  1. భారత వాతావరణ శాఖ (India Meteorological Department – IMD) వాతావరణ నివేదికలు, హెచ్చరికలను తెలుసుకుంటూ ఉండాలి.
  2. వాతావరణ పర్యవేక్షణ ఉపగ్రహాల (Satellites) సహాయంతో తుపాను గమనాన్ని ట్రాక్ చేసి, మార్గాన్ని ముందే అంచనా వేయడం వల్ల ప్రాణ, ఆస్తి నష్టం తగ్గుతుంది.
  3. తుపాను సంబంధిత విపత్తులను జాతీయ, అంతర్జాతీయ సంస్థలు కలిసి పర్యవేక్షిస్తాయి.
  4. తుపాను ప్రభావిత ప్రాంతాల్లో అవసరమైన వస్తువులతో అత్యవసర కిట్ (Emergency kit) సిద్ధంగా ఉంచుకోవాలి.
  5. తుపాను సమయంలో సమీపంలోని నిర్దేశిత తుపాను ఆశ్రయ కేంద్రానికి (Cyclone shelter) త్వరగా వెళ్లాలి.
• IMD పాత్ర: భారతదేశంలో తుపానులు, ఉరుములతో కూడిన తుఫానులను నిరంతరం పర్యవేక్షించేది IMD.
• పాఠ సారాంశం (క్రమం): వెచ్చని గాలి పైకి లేచి అల్ప పీడనం → చల్లని గాలి ఆ స్థానంలోకి → ఆవిరి ఘనీభవించి మేఘాలు → వర్షం, వడగళ్లు, మంచు → మేఘాల్లో ఆవేశాలు → మెరుపు → కొన్ని పరిస్థితుల్లో తుఫాను తుపానుగా మారుతుంది.

పాఠం చివరి అభ్యాస ప్రశ్నల్లో గాలి పీడనం, గాలులు, మెరుపు, తుపాను గురించి అడిగే అంశాల సారాంశం ఇది.

• నిర్వచనాలు:
  1. వాతావరణ పీడనం = మన చుట్టూ ఉన్న గాలి కలిగించే పీడనం.
  2. మెరుపు = మేఘాల్లో పేరుకున్న ఆవేశాలు గాలి బంధక లక్షణాన్ని అధిగమించి ఒక్కసారిగా ప్రవహించినప్పుడు వెలువడే ప్రకాశవంతమైన కాంతి.
  3. మెరుపు రక్షక దండం = భవనాల గోడల వెంట అమర్చే లోహపు కడ్డీ; ఆవేశాలకు నేలలోకి సులభ మార్గం ఇస్తుంది.
  4. ఉరుములతో కూడిన తుఫాను = మెరుపు, ఉరుములతో కూడిన తుఫాను.
• అధిక నుండి అల్ప పీడనానికి గాలి ప్రవాహం చూపే కృత్యం:
  1. ఊదిన బెలూన్‌ను ఊదని బెలూన్‌తో స్ట్రాతో కలిపితే గాలి ఊదిన దాని నుండి ఊదని దానిలోకి వెళ్తుంది
  2. పీడనాలు సమానమైనప్పుడు ప్రవాహం ఆగుతుంది.
• రబ్బరు సక్కర్:
  1. నునుపైన, చదునైన ఉపరితలంపై సక్కర్ అంటుకుంటుంది
  2. గరుకు ఉపరితలంపై అంటుకోదు (గాలి లోపలికి చేరి లోపలి పీడనం తగ్గదు).
• తీరంలో చెట్లు (వేసవి మధ్యాహ్నం):
  1. గాలి సముద్రం నుండి భూమి వైపు వీస్తుంది కాబట్టి చెట్లు భూమి వైపు వంగుతాయి
  2. చెట్లు వంగే వైపున భూమి (అల్ప పీడనం) ఉంటుంది.
• బ్యానర్లు, హోర్డింగ్‌లలో రంధ్రాలు: గాలి రంధ్రాల గుండా దాటి ముందు–వెనుక పీడన వ్యత్యాసం తగ్గి, బ్యానర్ చిరగకుండా నిలుస్తుంది.
• గాలి, మేఘాలు మంచి వాహకాలైతే?:
  1. మెరుపు రాదు. ఎందుకంటే గాలి బంధకంగా ఉండడం వల్లే మేఘాల్లో ఆవేశాలు పేరుకుని, పరిమితి దాటినప్పుడు ఒక్కసారిగా ప్రవహించి మెరుపు వస్తుంది
  2. వాహకమైతే ఆవేశాలు పేరుకోకుండా వెంటనే ప్రవహించి తటస్థమవుతాయి.
• నిజం/అబద్ధం:
  1. గాలి అధిక పీడనం నుండి అల్ప పీడనానికి ప్రవహిస్తుంది – నిజం (T).
  2. ద్రవాలు పాత్ర అడుగున మాత్రమే పీడనం కలిగిస్తాయి – అబద్ధం (F).
  3. తుపాను కన్ను వద్ద వాతావరణం తుఫానులా ఉంటుంది – అబద్ధం (F); అక్కడ గాలి ప్రశాంతం.
  4. ఉరుములతో కూడిన తుఫానులో కారులో ఉండడం సురక్షితం – నిజం (T).
• థండర్‌స్టార్మ్ ఏర్పాటు (6వ ప్రశ్న):
  1. వెచ్చని తేమ గాలి పైకి లేచి మేఘాలు, ఆవేశ వేర్పాటు, మెరుపు, ఉరుము క్రమంలో జరుగుతుంది
  2. అవసరం తేమ, బలమైన గాలులు.