এক পরিচিত উপাদান, আমূল পরিবর্তিত
বরফকে আমরা বেশিরভাগই একটি সাময়িক অসুবিধা হিসেবে ভাবি — ফুটপাতে পিচ্ছিল অংশ, হিমায়িত হ্রদের ভাঙা প্রান্ত, জুতার গোড়ালির নিচে ফেটে যাওয়া জিনিস। এখন রিপোর্টে জমাট বাঁধা পানির একটি সম্পূর্ণ ভিন্ন সংস্করণ বর্ণনা করা হচ্ছে: একটি প্রকৌশলী বরফ যা সাধারণ বরফের চেয়ে প্রায় ১০ গুণ শক্তিশালী এবং ভার বহনের সক্ষমতায় কংক্রিটের সাথে তুলনা করা হচ্ছে। সম্ভবত আরও চমকপ্রদ হলো, একই উপাদানটি ভাঙার আগে প্রায় ৭০ গুণ বেশি শক্তি শোষণ করে বলে দাবি করা হচ্ছে।
এই সমন্বয় — উচ্চ শক্তি এবং অস্বাভাবিকভাবে উচ্চ শক্তি শোষণ — এটাই এই দাবিটিকে উপাদান বিজ্ঞানীদের কাছে আকর্ষণীয় করে তোলে। কেবল শক্তি প্রকৃতিতে সাধারণ। শক্তির সাথে দৃঢ়তা, ভেঙে না গিয়ে শক্তি শোষণ করার ক্ষমতা, বিরল, এবং এটিই সেই বৈশিষ্ট্য যা একটি উপাদানকে যার দিয়ে আপনি নির্মাণ করতে পারেন এবং একটি উপাদানকে যাকে আপনি কেবল ল্যাব বেঞ্চে প্রশংসা করেন তার মধ্যে পার্থক্য করে।
সাধারণ বরফ কেন এত সহজে ব্যর্থ হয়
দশগুণ উন্নতি কেন তাৎপর্যপূর্ণ তা বোঝার জন্য, বরফ প্রথম থেকেই কেন এত ভঙ্গুর তা মনে করা সহায়ক। সাধারণ বরফ একটি ষড়ভুজাকার স্ফটিক জালি গঠন করে, যেখানে জল অণুগুলি একটি অনমনীয় কিন্তু অসম্পূর্ণ বিন্যাসে আবদ্ধ থাকে। তবে বাস্তব জগতের বরফ একটি একক নিখুঁত স্ফটিক নয়। এটি দানার একটি মোজাইক, প্রতিটির নিজস্ব অভিমুখ থাকে, যা সীমানা দ্বারা পৃথক করা যেখানে চাপ কেন্দ্রীভূত হয়।
যখন একটি ভার প্রয়োগ করা হয়, সেই অভ্যন্তরীণ কাঠামো এমনভাবে বিকৃত হয় যা ব্যর্থতাকে আমন্ত্রণ জানায়। স্ফটিক তলগুলি একে অপরের পাশ দিয়ে পিছলে যেতে পারে, আণুবীক্ষণিক শূন্যতা এবং পূর্ব-বিদ্যমান ফাটলগুলি বিস্তার লাভ করে, এবং তাপমাত্রা গলনাঙ্কের দিকে এগোলে উপাদানটি প্রতিরোধ করার চেয়ে প্রবাহিত হতে বেশি ইচ্ছুক হয়ে ওঠে। যে কেউ পায়ের নিচে হ্রদের বরফের স্তর কাঁপতে ও ফাটতে দেখেছেন তিনি এই প্রক্রিয়াটি বড় আকারে ঘটতে দেখেছেন। বরফ ভঙ্গুর, তাপমাত্রার প্রতি সংবেদনশীল, এবং শক্তি শোষণ করার চেয়ে ফেটে যাওয়ার মাধ্যমে দ্রুত শক্তি হারায়।
'দশ গুণ শক্তিশালী' আসলে কী বোঝায়
শিরোনামের সংখ্যা — সাধারণ বরফের ১০ গুণ শক্তি — একটি সতর্কতা দাবি করে যা যেকোনো উপাদান প্রকৌশলী অবিলম্বে উত্থাপন করবেন। শক্তি একটি একক সংখ্যা নয়। একটি উপাদান সংকোচনে শক্তিশালী কিন্তু প্রসারণে দুর্বল হতে পারে, ধীর চাপে শক্তিশালী কিন্তু আকস্মিক আঘাতে ভঙ্গুর, অথবা একটি তাপমাত্রায় দৃঢ় এবং অন্যটিতে অকেজো। কংক্রিট নিজেই ক্লাসিক উদাহরণ: সংকোচনে চমৎকার, প্রসারণে কুখ্যাতভাবে দুর্বল, যার কারণে এটি প্রায় সর্বদা ইস্পাত দিয়ে শক্তিশালী করা হয়।
তাই যখন কর্মক্ষমতা কংক্রিটের সাথে তুলনা করা হয়, তখন তুলনাটি সদৃশ প্রতিস্থাপনের বিবৃতি হিসাবে নয় বরং মাত্রার ক্রম সম্পর্কে একটি বিবৃতি হিসাবে পড়া ভাল। আকর্ষণীয় প্রশ্নটি হলো সুপার আইস একটি ভিত্তি প্রতিস্থাপন করতে পারে কিনা, বরং এটি ঠান্ডা পরিবেশে ভার ধরে রাখতে পারে কিনা যেখানে প্রচলিত উপাদানগুলি সংগ্রাম করে, এবং যখন এটি অবশেষে হার মানে তখন আরও ক্ষমাশীল উপায়ে ব্যর্থ হয় কিনা।
শক্তি-শোষণ সংখ্যাটিই আসল বিস্ময়
ভাঙার আগে প্রায় ৭০ গুণ বেশি শক্তি শোষণ করা নিছক শক্তির চেয়ে গভীর কিছু নির্দেশ করে। শক্তি শোষণ দৃঢ়তার স্বাক্ষর। কাচের একটি ফলক এবং ধাতুর একটি পাতের তুলনামূলক দৃঢ়তা থাকতে পারে, কিন্তু ধাতু ছিঁড়ে যাওয়ার আগে বিস্তৃত বিকৃতির মধ্যে বাঁকবে, প্রসারিত হবে এবং ডেন্ট হবে, প্রভাব শক্তিকে তাপ এবং স্থায়ী আকৃতি পরিবর্তনে রূপান্তরিত করবে। কাচ কেবল ফেটে যায়।
৭০ গুণ উন্নতি ইঙ্গিত করে যে এই প্রকৌশলী বরফ সাধারণ বরফের মতো ব্যর্থ হয় না। একটি একক বিপর্যয়কর ফাটল বিস্তার করার পরিবর্তে, এটি অভ্যন্তরীণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে শক্তি অপচয় করে বলে মনে হয় — বিতরণকৃত আণুবীক্ষণিক ক্ষতি, দানা-সীমানা স্খলন, বা শক্তিবৃদ্ধি যা ফাটল তৈরি হওয়ার সাথে সাথে সেতু করে। যদি সেই আচরণ পরীক্ষায় টিকে থাকে, এটি কেবল একটি পরীক্ষাগার পরিমাপে বৃদ্ধি নয়, বরং ব্যর্থতার মোডে একটি পরিবর্তন উপস্থাপন করবে।
প্রকৌশলী বরফ কীভাবে সেখানে পৌঁছাতে পারে
পানি একটি অস্বাভাবিকভাবে সহযোগী নির্মাণ উপাদান, যার কারণে বরফকে শক্তিশালী করার প্রচেষ্টার একটি দীর্ঘ ইতিহাস রয়েছে। একটি বিখ্যাত নজির হলো পাইক্রিট, বরফ এবং কাঠের সজ্জার একটি যৌগ যা দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের সময় বিশাল ভাসমান কাঠামোর সম্ভাব্য উপাদান হিসাবে প্রস্তাব করা হয়েছিল। সজ্জার তন্তুগুলি শক্তিবৃদ্ধি হিসাবে কাজ করেছিল, সাধারণ বরফের তুলনায় দৃঢ়তা নাটকীয়ভাবে উন্নত করেছিল, যদিও অন্তর্নিহিত উপাদানটি তখনও কেবল জমাট বাঁধা পানি ছিল।
আধুনিক পদ্ধতিগুলি আরও ভাল সরঞ্জামের সাথে অনুরূপ যুক্তি অনুসরণ করে: দানার আকার নিয়ন্ত্রণ করা যাতে স্ফটিকগুলি দীর্ঘ ফাটল ধারণ করার জন্য খুব ছোট হয়, তন্তু বা অন্যান্য সংযোজন প্রবর্তন করা যা ফাটল সেতু করে, উপাদানগুলি স্তরবিন্যাস করা যাতে অনমনীয় এবং নমনীয় অঞ্চলগুলি পর্যায়ক্রমে থাকে, অথবা উপাদানটি কীভাবে জমে তা পরিচালনা করা যাতে ত্রুটিগুলি কেন্দ্রীভূত না হয়ে বিতরণ করা হয়। এই নতুন বরফের পিছনে নির্দিষ্ট পদ্ধতির বিশদ রিপোর্ট করা ফলাফলগুলি যা বর্ণনা করে তার বাইরে, তবে সাধারণ নীতি — অভ্যন্তরীণ স্থাপত্যকে প্রকৌশলী করা, কেবল রসায়ন নয় — যৌগিক উপাদানগুলিতে সুপ্রতিষ্ঠিত।
ঠান্ডা অঞ্চলের প্রকৌশলই সুস্পষ্ট সুযোগ
সবচেয়ে স্বাভাবিক প্রয়োগগুলি সেই জায়গাগুলিতে যেখানে বরফ ইতিমধ্যে অবকাঠামো হিসাবে ব্যবহৃত হয়। উত্তরাঞ্চলীয় খনি এবং সম্পদ পরিচালনায়, বরফের রাস্তা এবং বরফের প্যাড ভারী সরঞ্জামগুলি এমন ভূখণ্ডের উপর দিয়ে বহন করে যা প্রচলিত রাস্তা সমর্থন করতে পারে না, এবং তাদের জন্য মৌসুম সম্পূর্ণভাবে নির্ধারিত হয় বরফ কতটা ভার বহন করতে পারে তার দ্বারা। একটি শক্তিশালী, দৃঢ়তর বরফ সেই জানালাগুলি প্রসারিত করতে পারে, প্রয়োজনীয় বেধ কমাতে পারে, বা এমন পরিস্থিতিতে ক্রসিং সম্ভব করতে পারে যা বর্তমানে প্রান্তিক।
পরিবহনের বাইরে, গবেষকরা দীর্ঘদিন ধরে বরফকে মেরু গবেষণা স্টেশন, অস্থায়ী আশ্রয়, কোল্ড-স্টোরেজ বাধা, এবং প্রতিরক্ষামূলক স্তরগুলির জন্য একটি কাঠামোগত উপাদান হিসাবে কল্পনা করেছেন যেগুলি কেবল প্রতিরোধ করার পরিবর্তে প্রভাব প্রতিরোধ করতে হয়। শক্তি-শোষণকারী উপাদানগুলি যেখানেই কিছুকে আকস্মিক আঘাত থেকে রক্ষা করতে হয় সেখানেই মূল্যবান — এমন একটি ভূমিকা যা সাধারণ বরফ পালন করতে অত্যন্ত খারাপ।
যে প্রশ্নগুলির এখনও উত্তর প্রয়োজন
যেকোনো নাটকীয় উপাদান দাবি একটি চেকলিস্ট নিয়ে আসে। প্রথম আইটেমটি হলো স্বাধীন যাচাইকরণ: অসাধারণ ফলাফলের জন্য অন্যান্য গোষ্ঠীর দ্বারা প্রতিলিপি প্রয়োজন, আদর্শভাবে এমন পরিস্থিতিতে যা বাস্তব ব্যবহার প্রতিফলিত করে আদর্শায়িত পরীক্ষাগার সেটআপের পরিবর্তে। দ্বিতীয়টি হলো তাপমাত্রা সংবেদনশীলতা। বরফের আচরণ গলনের কাছাকাছি এলে markedly পরিবর্তিত হয়, তাই গভীর হিমায়নে পরিমাপ করা কর্মক্ষমতা শূন্যের মাত্র কয়েক ডিগ্রি নিচের পরিস্থিতিতে অনুবাদ নাও হতে পারে।
তারপর আছে স্কেল। একটি ছোট পরীক্ষার নমুনা এবং একটি কাঠামোগত বিম ভিন্ন পদার্থবিজ্ঞান মেনে চলে, এবং সেন্টিমিটার স্কেলে অপ্রাসঙ্গিক ত্রুটিগুলি মিটার স্কেলে নির্ণায়ক হয়ে ওঠে। দীর্ঘমেয়াদী আচরণও গুরুত্বপূর্ণ: বরফ টেকসই ভার অধীনে ক্রিপ করে, যার অর্থ একটি উপাদান যা একটি একক প্রভাব পরীক্ষায় দুর্দান্ত পারফর্ম করে মাসের পর মাস ধীরে ধীরে বিকৃত হতে পারে। খরচ, উৎপাদন গতি, এবং উপাদানটি শেষ পর্যন্ত গলে গেলে বা পুনর্ব্যবহৃত হলে কী হয় তা সবই একই তালিকায় রয়েছে।
আমরা যা জানতাম বলে ভাবতাম সেই উপাদানটি পুনর্বিবেচনা
এই উন্নয়নটিকে উল্লেখযোগ্য করে তোলে তা হলো বরফ একদিন নির্মাণ ক্যাটালগে কংক্রিটের সাথে প্রতিদ্বন্দ্বিতা করতে পারে তা নয়। এটি হলো বরফ — প্রচুর, সস্তা, এবং অসীমভাবে পুনর্নবীকরণযোগ্য — এর খ্যাতি যা ইঙ্গিত করে তার চেয়ে অনেক বেশি প্রকৌশলী হেডরুম থাকতে পারে। পানি পৃথিবীর সবচেয়ে অধ্যয়ন করা পদার্থগুলির মধ্যে একটি, এবং তবুও এর কঠিন রূপকে মূলত পরিচালনা করার জন্য একটি বিপদ হিসাবে বিবেচনা করা হয়েছে ডিজাইন করার জন্য একটি উপাদান হিসাবে নয়।
যদি রিপোর্ট করা শক্তি এবং শক্তি-শোষণ পরিসংখ্যান পরীক্ষায় টিকে থাকে, তারা কেবল একটি নতুন পরীক্ষাগার কৌতূহল তৈরি করবে না। তারা একটি বিস্তৃত ধারণাকে এগিয়ে নিয়ে যাবে: ভবিষ্যতের কিছু সবচেয়ে দরকারী উপাদান সবচেয়ে সাধারণ উপাদান থেকে তৈরি হতে পারে, যথেষ্ট নির্ভুলতার সাথে পুনর্বিন্যাস করা যাতে প্রকৃতি কখনও যেভাবে আচরণ করার ইচ্ছা করেনি সেভাবে আচরণ করে।
এই নিবন্ধটি Interesting Engineering-এর রিপোর্টিংয়ের উপর ভিত্তি করে। মূল নিবন্ধ পড়ুন।
Originally published on interestingengineering.com