मोजमापे, युनिट आणि दुर्घटना

प्रेरणा> माझ्या कंपनीमध्ये एका चर्चे दरम्यान माझ्या व्यवस्थापकाने एक अनुभव मला सांगितला त्यावरून भूतकाळात वाचलेल्या/ऐकलेल्या घटना आठवल्या, आणि मग परत एकदा जालावर माहिती शोधून मराठीत लिहून काढली. टीप> १. खाली दिलेली सगळी माहिती (वैयक्तिक अनुभव वगळता) जालावर उपलब्ध आहे, मी फक्त ती माहिती संकलित करून मराठी अनुवाद केला आहे. २. लेखात काही चुका असल्यास, सुधारणा करायची संधी असल्यास वाचकांनी सुचवल्यास बदल करण्यास आनंदच आहे. वाचकांना खाली दिलेल्या क्षेत्रातील किंवा त्यांच्या क्षेत्रातील अनुभव असल्यास जरूर शेअर करावेत. ३. ह्या लेखाचा स्कोप लिमिटेड असल्याने खालील घटना सांगताना खोलात जाण्याचं टाळले आहे. मोजमापे, युनिट आणि दुर्घटना ह्या लेखात आपण फक्त मोजमापे आणि युनिट मध्ये गफलत झाल्यास खऱ्या जगात कसे परिणाम होऊ शकतात किंवा कश्या गोष्टी / यंत्रे, गणना बिघडू शकतात हे पाहणार आहोत, ह्या लेखाचा रोख आणि स्कोप दोन्ही लिमिटेड आहे. तर थोडी बेसिक माहिती घेऊन मुद्द्याला हात घालूयात. युनिट म्हणजे काय ? सध्या आणि सोप्या भाषेत युनिट म्हणजे एखादे परिमाण/संज्ञा संख्येच्या स्वरूपात मोजण्यासाठी नियमाने ठरवून केलेली तरतूद. थोडक्यात काय तर युनिट हे एखाद्या गोष्टीच्या परिमाणाच्या (physical quantity/characteristics) मोजमाप करण्यासाठी वापरतात. बर युनिट ठरवण्याच्या पद्धती ह्या खूप वेगवेगळ्या आहेत, प्राचीन काळी प्रत्येक भागाची/संस्कृतीची/देशाची स्वतःची अशी पद्दत होती, पुढे काळानुसार, जागतिकीकरणामुळे, व्यापारामुळे अनेक पद्दतीत बदल झाले तर अनेक पध्दती बंद झाल्या. भूतकाळात न जाता फक्त वर्तमान काळाचा विचार केल्यास आज फक्त मेट्रिक/SI पद्दत (सगळे मेट्रिक युनिट, SI युनिट म्हणून गृहीत धरले जात नाहीत, उदारणार्थ> बार) आणि इंपिरिअल पद्दत वापरली जाते. अमेरिकेत वापरण्यात येणार्‍या पध्दतीला जरी इंपिरिअल पद्दत म्हणत नसले ती इंपिरिअल पध्दतीशी मिळतीजुळती असल्याने आपण तिला ह्या लेखापुरती इंपिरिअल पद्दतच मानूयात. आजकाल जगात बहुतांश देश SI पद्दत वापरतात आणि तीच जगमान्य पद्दत आहे, इंपिरिअल पद्दत हि अमेरिका, म्यानमार आणि लिबेरिया ह्या देशात वापरली जाते. आता युनिट च्या साह्याने एखाद्या गोष्टीच मोजमाप करताना आपल्याला एक रेफरन्स किंवा बेस संख्या त्या गोष्टीची १ युनिट म्हणून ठरवायला हवी. आता आपण सगळ्यात महत्वाची आणि सर्वात जास्त वापरली वापरणाऱ्या संज्ञा अंतर, वेळ आणि वजन यांची युनिट्स SI पद्दतीत पाहू. तर १ मीटर म्हणजे काय , तर प्रकाशाने पोकळीत १/299792458 सेकंदात पार केलेलं अंतर. अर्थात आता हे ठरवण्यासाठी आपल्याला सेकंद हे युनिट ठरवयाला हवं, तर सध्य स्थितीला सेकंद हे ऍटोमिक क्लॉक च्या प्रयोगावरून निर्धारित केलेलं आहे जे caesium hyperfine frequency वर अवलंबून आहे. (Atomic Clock). म्हणजे थोडक्यात काय मीटर आणि सेकंद याच मोजमाप अश्या गोष्टीवर अवलंबून आहे जे स्थिर आहे कोणत्याही परस्थिती मध्ये बदलत नाहीत, उदारणार्थ प्रकाशाचा वेग आणि caesium hyperfine frequency. आता आपण १ किलोग्रॅम जेंव्हा म्हणतो तेंव्हा काय अभिप्रेत असते, तर आंतराष्ट्रीय परंपरेनुसार किंवा नियमानुसार १ किलोग्रॅम म्हणजे १ dm^३ पाण्याचं ४ डिग्री तापमानास असणारे वजन. मग हे वजन मोजून याचे नमुने बनवण्यात आले जे १ किलोग्रॅम म्हणजे किती हे ठरवण्यासाठी वापरले जातात. आता ह्या किलोग्रॅम मध्ये एक मेख आहे ते म्हणजे हे कोणत्याही स्थिर गोष्टीवर अवलंबून नाही म्हणून शास्त्रज्ञांनी २०१९ च्या आसपास १ किलोग्रॅम हे युनिट प्लॅन्क स्थिरांक, प्रकाशाचा वेग आणि caesium hyperfine frequency वर अवलंबून बनवायच ठरवलं आहे. आताच्या काळात अंतर, वजन आणि वेळ याचं ह्या इंपिरिअल पद्दतीत युनिट आहेत यार्ड, पौंड आणि सेकंद, याच SI पद्दतीशी नात आहे, ते असे १ यार्ड म्हणजे ०.९१४४ मीटर, १ पौंड म्हणजे ४५३.५९ ग्रॅम. आता मोजमापे म्हणजे काय तर एखाद्या गोष्टीच एखाद परिमाण (characteristic quantity) एका ठरवलेल्या बेस/रेफेरेंस पेक्षा किती मोठी किंवा किती छोटी आहे हि ठरवण्याची पद्दत. यातील बेस/रेफेरेंस म्हणजेच १ युनिट. जेंव्हा आपण म्हणतो कि १० किलोग्राम वजन तेंव्हा ती गोष्ट हि १ किलोग्राम ह्या ठरवून दिलेल्या वजनाच्या (prototype) च्या दहापट असते. आता खोलात न जाता मूळ विषयाला सुरुवात करतो. आपल्या दैनंदिन आयुष्यात किंवा विज्ञान, तंत्रज्ञान, उद्योग, व्यापार अश्या अनेक अगणित क्षेत्रात मोजमापे आणि युनिट याचं मोलाच महत्व आहे. मोजमाप किती काटेकोर हव हे कामाचं क्षेत्र, कामच स्वरूप, वापरण्यात येणार तंत्रज्ञान, व इतर अनेक गोष्टीवर अवलंबून आहे. आता मोजमाप करण्यात चुकी झाली किंवा युनिट हे इंपिरिअल पद्दतीतून SI पद्दतीत बदलण्यात चूक झाली तर ती किती महागात पडू शकते याची खाली काही विज्ञान आणि तंत्रज्ञान ह्या क्षेत्रातील उदाहरणे. प्रसिद्ध उदाहरणे १. वैज्ञानिक इतिहासातील सर्वात मोठ उदाहरण म्हणून नासाच्या मार्स क्लायमेट ओर्बीटर च उदाहरण दिल जात. नासाने डिसेंबर १९९८ साली मंगळाच्या वातावरणाचा अभ्यास करण्यासाठी हे रोबोटिक यान रवाना केलं मात्र सप्टेंबर १९९९ साली हे यान मंगळाच्या वातावरणाशी घर्षण होऊन नष्ट झालं. ह्या घटनेची जेंव्हा चौकशी झाली तेंव्हा अतिशय आश्चर्यकारक अशी गोष्ट/गोंधळ लक्षात आला, तो गोंधळ होता वेगवेगळ्या पद्धतीतील युनिट मधील गोंधळ. तर ह्या मागचं कारण असे होते कि लॉकहिड हि कंपनी नासाला ह्या प्रोजेक्ट साठी एक सॉफ्टवेअर पुरवत होती आणि जे नासाच्या सॉफ्टवेअर इंटरफेस शी जोडलेलं होत. ह्या यानाला योग्य कक्षेत पोहचवण्यासाठीचा जो इम्पल्स (impulse) आवश्यक होता तो नासाला Newton-seconds मध्ये अपेक्षित होता. परंतु लॉकहिड हि कंपनी इंपिरिअल पद्दत वापरत होती आणि त्यांचे सॉफ्टवेअर सुद्धा गणना इंपिरिअल पद्धतीमध्ये करत होते. त्यामुळे ह्या कंपनीच्या सॉफ्टवेअर ने आवश्यक असलेला इम्पल्स Newton-seconds मध्ये द्यायच्या ऐवजी pound-seconds मध्ये दिला ज्याची परिणीती ह्या यानाला जास्त इम्पल्स मिळण्यात झाली आणि हे यान मंगळापासून जवळजवळ ५७ किलोमीटर पर्यंत जाऊन पोहचलं आणि मंगळाच्या वातावरणात जावून नष्ट झालं. मंगळाच्या वातावरणापासून सुरक्षेत राहण्यासाठी किमान ते ८० किलोमीटर अंतरावर हवे होते. या घटनेमुळे कित्तेक बिलिअन डॉलर चे नुकसान आणि अनेक शास्त्रज्ञांच्या कामाचं नुकसान झाले. [१,२,३,८] २. दुसरे उदाहरण म्हणजे एका मोठ्या ऐतिहासिक जहाजाच, ज्याच नाव वासा आणि ते सध्या वासा संग्रहालय, stockholm येथे जतन करून ठेवलेलं आहे. तर हे जहाज १६२६ साली बांधायला घेतलं होत आणि १६२८ साली बांधून झालं. त्या काळाच हे सर्वात ताकतवर जहाज होत, परंतु जेंव्हा हे पूर्ण होवून समुद्रात प्रवासासाठी निघाल तेंव्हा बंदरापासून काही अंतरातच बुडालं. हे जहाज बुडण्यामागच्या अनेक कारणांपैकी प्रमुख कारण म्हणजे उजव्या आणि डाव्या बाजूला असणार्या लाकडी बांधकामातील (structure) जाडीमधील असमानता, ज्याने जहाजाचा तोल हरवला. हे का झाल? संशोधकांनी असे अंदाज लावला कि उजव्या आणि डाव्या बाजुचे काम करणाऱ्या कामगारांची टीम वेगवेगळ्या मोजपट्या वापरत होती, कारण संशोधकांना ४ वेगवेगळ्या मोजपट्या मिळाल्या त्यातील २ पट्या ह्या स्वीडिश पट्टी होत्या ज्या १ फुट बरोबर १२ इंच मानणार्या होत्या आणि दोन पट्या ह्या amsterdam पट्टी होत्या ज्यामध्ये १ फुट म्हणजे ११ इंच होत. हे जहाज मी पाहिलेलं आहे हे आज हि उत्तम स्थितीत आहे. [२, ४] ३. तिसरे उदाहरण म्हणजे एअर कॅनडा चा विमानाचा किस्सा जो १९८३ साली घडला, त्या विमानाचं नाव फ्लाईट 143 आणि जे बोईंग 767 पद्धतीचं अत्याधुनिक विमान होत आणि बोईंग ने एअर कॅनडा ना नुकतंच सुपूर्द केलेलं होत, याच दरम्यान एक मोठा बदल कॅनडा मध्ये घडत होता तो म्हणजे कॅनडा इंपिरिअल युनिट पद्धतीतून मेट्रिक पद्धतीमध्ये रूपांतरित होत होते आणि एअर कॅनडा ने सुद्धा नुकतीच आपली युनिट पद्दत इंपिरिअल युनिट्स मधून मेट्रिक /SI युनिट्स मध्ये बदलली होती. एअर कॅनडा ला पुरवण्यात आलेली बोईंग 767 विमान मेट्रिक पद्दत वापरत होती परंतु यासाठी वैमानिकांना कोणताही प्रशिक्षण देण्यात आलेलं नव्हते तसेच विमानातील काही वापरकर्ता हस्तपुस्तिका सुद्धा जुन्या होत्या, ज्यामध्ये इंपिरिअल पद्धतीबद्दल माहिती होती. ह्या विमानाचं तेल मोजण्याच यंत्र बंद पडल होत तेंव्हा विमानतळावरील कर्मचाऱ्यांनी विमानात असणारे तेल मोजण्यासाठी floatstick चा आधार घेतला, त्यांनतर वैमानिकांनी एकूण किती तेलाची हे किलोग्रॅम मध्ये गरज आहे याच गणित केलं, परंतु वजनाचं घनफळात रूपांतर करताना मेट्रिक रूपांतरित फॅक्टर वापरायच्या ऐवजी इंपिरिअल रूपांतरित फॅक्टर वापरलं, आणि अधिक गरजेचं तेल भरण्याच्या सूचना विमानतळवरील कर्मचार्यांनी केल्या. परंतु झालं असं कि चुकीचा वजन -घनफळ फॅक्टर वापरल्यामुळे २०००० लिटर ऐवजी फक्त ५००० लिटर तेल भरलं गेलं. हि गोष्ट वैमानिकाच्या खूप उशिरा लक्षात आली तरीही सुदैवाने त्यांनी विमान ताबडतोब गीम्ली ह्या जुन्या विमानतळवर/सध्याच्या रेसिंग ट्रॅक वर उतरवल आणि पुढचा अनर्थ टाळला. हे विमान पुढं गिमली ग्लायडर म्हणून प्रसिद्ध पावलं. [१, २, १२] ४. चौथे उदाहरण हे हि विमानाचं, एप्रिल १९९९ साली कोरियन एअरलाईन चे फ्लाईट नंबर 6316 हे मालवाहतूक विमान शांघाई ते सोएल जात होत, ते विमान उडत होत ४५०० फुटवरती आणि शांघाय च्या कंट्रोल रुम ने विमान १५०० मीटर उंचीवर ठेवण्याचा सल्ला दिला, हा संदेश को पायलट ने मुख्य पायलट ला देताना १५०० फूट सांगितले आणि मुख्य पायलट ने विमानाची उंची वेगात कमी केली, शेवटी विमान कंट्रोल झाले नाही आणि जमिनीवरती कोसळलं, यात ३ लोकांचा मृत्यू झाला . [१. ५] ५. आणखी एक उच्च वैज्ञानिक उदाहरण म्हणजे हबल टेलेस्कोप, ज्याने अंतरीक्ष विज्ञानात मोलाची भर घातली. हा हबल टेलिस्कोप अवकाशात सोडण्यात आला १९९० साली, अर्थात संशोधकांना याच्याकडून खूप साऱ्या अपेक्षा होत्या मात्र हबल टेलिस्कोप ने जेंव्हा पहिल्या काही इमेजेस पाठविल्या त्या पाहून संशोधकांची घोर निराशा झाली याच कारण म्हणजे खूप धूसर अश्या ह्या इमेजेस होत्या. जेंव्हा इंजिनिअर आणि टेक्निशिअन नि यामागचं कारण शोधलं तेंव्हा त्यांना असे आढळून आले कि ह्या टेलिस्कोप च्या मुख्य मिरर मध्ये काही मायक्रॉन ने विचलन होत ज्या मुळे ह्या टेलेस्कोप कडून पाठवण्यात आलेली चित्रे अपेक्षेप्रमाणे नव्हती. हे विचलन किती होत तर मानवी केसाचा ५० वा भाग एव्हडं. याच मुख्य कारण चौकशी नंतर माहिती पडलं ते म्हणजे म्हणजे हा आरसा तयार करताना ग्राइंडिंग करण्यासाठी तसेच मोजमाप करण्यासाठी असणारी उपकरणे योग्य रीतीने calibrate केलेली नव्हती, त्यामुळे ग्राइंडिंग करताना काही मायक्रॉन चे असणारे विचलन पडताळणी करताना सुद्धा सापडले नाही. अर्थात मुख्य मिरर बदलणे शक्य नव्हते म्हणून नासाने नंतर दुसरे यंत्र बनवले आणि १९९३ साली अंतराळवीराकडून हे बसवून ह्या टेलिस्कोप ची दुरुस्ती केली. [६] ६. डिसेंबर २००३ साली जपान मधील टोकियो शहरात Disneyland’s चा roller coaster अचानक axel तुटल्याने मध्येच बंद पडला, axel बदलल्या नंतर ह्या घटना वारंवार व्हायला लागल्या. जेंव्हा याची चौकशी झाली त्या चौकशीमधून आलेल कारण म्हणजे axel आणि बेअरिंग मध्ये असणारा मोठे अंतर ज्यामुळे अधिकची vibrations आणि पर्यायाने अधिकच स्ट्रेस तयार होऊ लागला आणि शेवटी याची परिणीती एक्सल तुटण्यामध्ये होत होती. याच कारण म्हणजे जुनी इंपिरिअल युनिट्स मधली design वापरणे आणि त्यानुसार भागांची निर्मिती करणे हे होय. [७, ८] ७. असाच एक किस्सा जर्मनी मधील Laufenburg नामक एक शहर आणि त्याच नावाच्या असणाऱ्या स्विस शहराला जोडणाऱ्या नदीवरील एका पुलाच. हा पूल बांधायला दोन्ही बाजूनी सुरुवात झाली, अर्थात दोन वेगवेगळ्या कंपन्यांनी (एक जर्मन आणि एक स्विस) ने पूल बांधायला सुरुवात केली, जेंव्हा पूल मध्यभागी आला तेंव्हा असे कळले कि पुलाच्या उंचीत ५४ cm चा फरक आहे. कसा पडला हा फरक, तर जर्मनी समुद्रसपाटीपासून उंची मोजताना नॉर्थ सी/ उत्तर समुद्र याचा आधार घेते तर स्विस लोक Mediterranean Sea/मध्य समुद्राचा आधार घेतात. अर्थात ह्या दोन्ही समुद्राच्या पाण्याची पातळी एक समान नाहीये त्यामुळे जवळजवळ २७ cm चा फरक पडतो, त्यामुळे ह्या पुलाच्या design मध्ये जर्मन बाजूने २७ cm चा बदल करण्यात आला जेणेकरून उंची मध्यभागी एकसमान होईल पण अपघाताने हा बदल उलट्या बाजूला झाला (sign error) आणि पुलाची उंची एकसमान व्हायच्या ऐवजी ५४ cm च अंतर पडले. पुढे जर्मनीच्या बाजूच बांधकाम उतरून घेऊन हा पूल नव्याने बांधून पूर्ण करण्यात आला. [२, ८] ८. फ्रांस मध्ये रेल्वे कंपनी ने नव्या ट्रेन बांधणीचं च कंत्राट एका फ्रेंच कंपनीला दिले हे करताना रेल्वे कंपनी ने रेल्वे बांधणी कंपनीला रेल्वे रूळ आणि फलाट यामधले अंतर दिले होते आणि जेंव्हा काही नवीन ट्रेन सर्विस मध्ये दाखल झाल्या तेंव्हा काही जुन्या स्थानकात ह्या शिरू शकत नव्हत्या याच कारण म्हणजे रेल्वे कंपनीतील अधिकारी हे विसरले कि त्यांच्याकडे रूळापासून फलाटापर्यंतच अंतर एकच नाहीये. अनेक जुने फलाट हे रूळापासून जवळ अंतरावर होते त्यामुळे नवीन ट्रेन स्थानकात शिरू शकत नाहीत, अर्थात हे खूप उशिरा लक्षात आल्यामुळे जवळजवळ १२०० फलाट हे दुरुस्त करावे लागले. [९] काही वैयक्तिक/ऐकलेले अनुभव १. माझ्या व्यवस्थापकाने ने सांगितलेला अनुभव, जेंव्हा माझा व्यवस्थापक एका कन्सल्टिंग कंपनीत काम करत होता तेंव्हा त्याला एका इंजिन निर्मिती कंपनीने पिस्टन हेड च्या fatigue crack (Fatigue) मुळे होणार्या failure ची चौकशी करण्यासाठी बोलवण्यात आले होते आणि चौकशी अंती असे आढळून आले कि piston head ला देण्यात आलेला फिलेट (फिलेट म्हणजे शार्प कॉर्नर स्मूथ करणे) हा कमी त्रिजेचा चा होता ज्याच्यामुळे स्ट्रेस कॉन्सन्ट्रेशनं (Stress concentration) होऊन crack तयार होत असे. कमी त्रिजा ठेवण्याचं कारण होत, designer ने drawing software मध्ये एका ठराविक त्रिजेचा चा फिलेट काढता येत नसल्यामुळे (software bug) छोट्या त्रिजे चा फिलेट काढला होता ज्याची परिणती engine failure मध्ये होत होती. हा फरक फक्त काही मिलीमीटरचा होता. २. माझ्या व्यवस्थापकाने चा आणखी एक किस्सा, माझा व्यवस्थापक नॉर्वे मध्ये डिप्लोमा करत असताना त्याच्या विद्यापीठ च्या काही प्राध्यापक चा एका दुर्घटनेच्या चौकशी समिती मध्ये किंवा त्या दुर्घटनेच्या संधर्भातील इतर कसल्या तरी समिती मध्ये समावेश होता (नक्की आठवत नाही). ती दुर्घटना म्हणजे Alexander L. Kielland ह्या ओईल रिग ची दुर्घटना, हि दुर्घटना कश्यामुळे झाली तर drilling साठी लागणार सोनार हे एका मोठ्या प्लेट ला जोडलेलं होत, त्या प्लेट च्या एका भागात वेल्डिंग चा फिलेट हा designer ने कमी ठेवलेला होता अंदाजे ६ mm जो आवश्यकतेपेक्षा काही मिलीमीटर ने कमी होता, drilling च्या प्रोसेस दरम्यान होणार्या vibration ने fatigue crack होवून ओईल रिग कोसळली आणि १२३ लोकांचा जीव गेला. [10] ३. माझ्या प्राध्यापक/गाईड ने सांगितलेला किस्सा, त्यांना एका मोठ्या इमारतीचा बांधकामा दरम्यान पडलेल्या हिस्याच्या चौकशी समिती साठी साठी बोलवण्यात आले होते, ज्यामध्ये एका कामगाराचा मृत्यू झाला होता . तर त्या चौकशी मध्ये असे निष्पन्न झाले कि designer ने काढून दिलेले drawing मध्ये मोजमापाशी संबंधित गफलत होती (नक्की काय गफलत, हे मला आता आठवत नाही). त्यामुळे चुकीच्या मोजमापाचे कॉलम आणि बीम बनवण्यात आले ज्याची परिणती एका इमारतीचा चा काही भाग काम चालू असताना कोसळण्यात झाली. तर शेवटी काय विज्ञान, तंत्रज्ञान आणि उद्योग क्षेत्रात (किंवा इतर हि क्षेत्रात) मोजमाप, त्याच युनिट, आणि त्याच विविध पध्दतीतील रुपांतर खूप काळजीपूर्वक केल पाहिजे. संदर्भ> १. Units of measurement २. BBC News ३. Mars Climate Orbiter ४. Vasa Ship ५. Korean Flight 6. Nasa hubble 7. Disneyland Japan 8. लोकसत्ता> विज्ञान ९. BBC news 10. Alexander L Kielland Platform 11. What is second १२. Gimli Glider Accident संपादनाविषयीच्या प्रश्नांची उत्तरे आणि माहितीबद्दल डॉ. सुहास म्हात्रे यांचे आभार.