जहाज़ का डिज़ाइन

जहाज़ का डिज़ाइन क्या है?

जहाज़ का डिज़ाइन यानी स्टील की एक भी प्लेट कटने से पहले यह तय करना कि जहाज़ कितना बड़ा होगा, उसका आकार क्या होगा और वह कितना मज़बूत होगा। यह काम करने वालों को नौसेना वास्तुकार (naval architect) कहते हैं।

डिज़ाइनर के पास पहले एक काम होता है: "50,000 टन अनाज ले जाना" या "300 यात्री ले जाना"। फिर वह पतवार की लंबाई, चौड़ाई, गहराई और आकार चुनता है। फिर चार बातें जाँचता है: जहाज़ तैरेगा? आसानी से चलेगा? इंजन उसे धकेल पाएगा? वह काफ़ी मज़बूत है? एक भी जवाब "नहीं" हो तो डिज़ाइन बदलकर फिर जाँचा जाता है।

शब्द: पतवार (hull) जहाज़ का शरीर है। ड्राफ्ट (draft) बताता है कि जहाज़ पानी के नीचे कितना गहरा बैठा है। जलरेखा (waterline) वह रेखा है जहाँ पानी पतवार को छूता है।

जहाज़ की गणनाएँ: तैरना, विस्थापन और ड्राफ्ट

जहाज़ इसलिए तैरता है कि पानी उसे ऊपर धक्का देता है। इस धक्के को उत्प्लावन बल (buoyancy) कहते हैं। तैरता जहाज़ तब तक नीचे जाता है जब तक उत्प्लावन बल उसके वज़न के बराबर न हो जाए। तब जहाज़ ने उतना पानी हटाया होता है जिसका वज़न जहाज़ के वज़न जितना है। इस वज़न को विस्थापन (displacement) कहते हैं।

जहाज़ का वज़न = हटाए पानी का वज़न = पानी का घनत्व × पानी के नीचे का आयतन × g।

माल बढ़ाओ तो वज़न बढ़ता है। जहाज़ और नीचे जाता है ताकि और पानी हटे। यानी ड्राफ्ट बढ़ता है। समुद्र का पानी नदी के पानी (लगभग 1000 kg/m³) से थोड़ा भारी (लगभग 1025 kg/m³) होता है। इसलिए वही जहाज़ समुद्र में थोड़ा ऊपर बैठता है।

स्थिरता (stability) का मतलब है झुकने के बाद जहाज़ का सीधा लौट आना। भारी चीज़ें नीचे रखने से जहाज़ ज़्यादा स्थिर रहता है। भारी चीज़ें ऊँचाई पर हों तो जहाज़ पलट सकता है। डिज़ाइनर वज़न का केंद्र निकालते हैं और उसे नीचा रखते हैं।

जहाज़ का आकार टनभार (tonnage) से भी बताते हैं। डेडवेट वह है जितना माल, ईंधन और सामान जहाज़ ले जा सकता है। ग्रॉस टनेज जहाज़ के अंदर की जगह की एक संख्या है, जो नियमों और शुल्क में काम आती है।

जहाज़ का प्रतिरोध और प्रणोदन

जहाज़ चलता है तो पानी उसे पीछे धकेलता है। इसे प्रतिरोध (resistance) कहते हैं। इसके दो मुख्य भाग हैं। घर्षण: पानी पतवार से रगड़ खाता है। लहर बनाना: जहाज़ लहरें उठाता है और लहर बनाने में ऊर्जा लगती है। चाल बढ़ने पर प्रतिरोध चाल से कहीं तेज़ी से बढ़ता है। मोटा अंदाज़ा: चाल दोगुनी हो तो प्रतिरोध लगभग चार गुना।

चिकना, लंबा और पतला पतवार कम प्रतिरोध देता है। बड़े जहाज़ों के आगे एक गोल उभार (बल्ब) लहरें कम बनाता है। पतवार पर साफ़ रंग घर्षण घटाता है।

प्रणोदन (propulsion) यानी जहाज़ को आगे धकेलना। आमतौर पर इंजन प्रोपेलर घुमाता है। प्रोपेलर पानी को पीछे फेंकता है और पानी जहाज़ को आगे धकेलता है। यह आगे का धक्का प्रणोद (thrust) है। स्थिर चाल पर प्रणोद = प्रतिरोध। प्रणोद ज़्यादा हो तो जहाज़ तेज़ होता है, कम हो तो धीमा।

चाहिए शक्ति = प्रणोद × चाल। इसलिए तेज़ जहाज़ को बहुत बड़ा इंजन चाहिए: प्रणोद और चाल दोनों बड़े हैं।

जहाज़ की संरचना और मज़बूती

जहाज़ का पतवार लहरों पर तैरती एक बहुत लंबी, खोखली धरन (beam) जैसा है। लहर का उभार जहाज़ के बीच के नीचे हो तो बीच ऊपर उठता है और आगे-पीछे के सिरे लटकते हैं। पतवार पहाड़ी जैसा मुड़ता है। इसे हॉगिंग (hogging) कहते हैं। दोनों सिरों के नीचे उभार हों और बीच गड्ढे के ऊपर लटके, तो पतवार कटोरे जैसा मुड़ता है। इसे सैगिंग (sagging) कहते हैं।

जहाज़ का वज़न हर जगह बराबर नहीं फैला होता और पानी का धक्का भी नहीं। जहाँ दोनों मेल नहीं खाते, वहाँ पतवार पर मोड़ और कटाव का असर पड़ता है। डिज़ाइनर मज़बूत फ्रेम (पसलियाँ) और मोटी प्लेटें वहाँ लगाते हैं जहाँ सबसे ज़्यादा मुड़ना होता है: जहाज़ का बीच और नीचे की कील (keel)।

डिज़ाइन को सबसे खराब लहरों के हिसाब से जाँचा जाता है जो जहाज़ को मिल सकती हैं। स्टील हमेशा के लिए मुड़ना नहीं चाहिए और टूटना भी नहीं चाहिए।

करके देखो

घर पर: पानी की बाल्टी में एक छोटा प्लास्टिक डिब्बा तैराओ। उसमें एक-एक सिक्का डालो। डिब्बा नीचे बैठता जाएगा। हर बार पानी का स्तर डिब्बे पर निशान लगाकर देखो। यही ड्राफ्ट है। अब पानी में थोड़ा नमक घोलो। क्या डिब्बा थोड़ा ऊपर आया? समुद्र का पानी भारी है, इसलिए आता है।

3D में: स्लाइडर चलाने से पहले अंदाज़ा लगाओ कि माल बढ़ाने और चाल बढ़ाने पर ड्राफ्ट और लाल तीर का क्या होगा। फिर जाँचो।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

• तैरना: जहाज़ का वज़न = हटाए पानी का वज़न = ρ × V × g
• हटाया आयतन V = जहाज़ का वज़न ÷ (ρ × g); ρ(समुद्र) ≈ 1025 kg/m³, ρ(मीठा पानी) ≈ 1000 kg/m³
• डिब्बे जैसे पतवार के लिए: V = लंबाई × चौड़ाई × ड्राफ्ट
• प्रतिरोध ∝ चाल² (मोटा अंदाज़ा)
• स्थिर चाल: प्रणोद = प्रतिरोध
• शक्ति = प्रणोद × चाल

हल किए गए उदाहरण

आम गलतियाँ

• यह सोचना कि जहाज़ हल्का होने से तैरता है। स्टील का जहाज़ भारी है; वह इसलिए तैरता है कि खोखला आकार बहुत सारा पानी हटाता है।
• "ज़्यादा माल से जहाज़ ऊपर जाता है" कहना। ज़्यादा माल से ड्राफ्ट बढ़ता है (जहाज़ नीचे बैठता है)।
• सोचना कि चाल दोगुनी करने से प्रतिरोध दोगुना होता है। वह कहीं ज़्यादा बढ़ता है, लगभग चार गुना।
• प्रणोद और प्रतिरोध में गड़बड़ करना। प्रणोद आगे धकेलता है, प्रतिरोध पीछे रोकता है। स्थिर चाल पर दोनों बराबर होते हैं, शून्य नहीं।