AP · Class 9 · 📘 Physical_Science · Chapter 3
Force and Laws of Motion
న్యూటన్ మొదటి గమన నియమంజడత్వంద్రవ్యరాశిన్యూటన్ రెండవ గమన నియమంద్రవ్యవేగంన్యూటన్ మూడవ గమన నియమం
ఈ అధ్యాయం బలం మరియు గమన నియమాల ప్రాథమిక భావనలను వివరిస్తుంది. సమతుల్య మరియు అసమతుల్య బలాల మధ్య వ్యత్యాసాన్ని, న్యూటన్ యొక్క మూడు గమన నియమాలను, జడత్వం మరియు ద్రవ్యరాశి మధ్య సంబంధాన్ని, అలాగే ద్రవ్యవేగం యొక్క భావనను విద్యార్థులు నేర్చుకుంటారు. ఈ భావనలు మన దైనందిన జీవితంలో వస్తువుల కదలికను అర్థం చేసుకోవడానికి చాలా ముఖ్యమైనవి.
संतुलित और असंतुलित बल (Balanced and Unbalanced Forces)
बल (Force) एक बाहरी प्रयास है जो किसी वस्तु की विराम अवस्था या एकसमान गति की अवस्था को बदलने या बदलने की कोशिश करता है।
- बल के प्रभाव (Effects of Force):
- किसी स्थिर वस्तु को गति में ला सकता है (Can move a stationary object).
- किसी गतिशील वस्तु की गति को बदल सकता है (Can change the speed of a moving object).
- किसी गतिशील वस्तु की दिशा बदल सकता है (Can change the direction of a moving object).
- किसी वस्तु के आकार या आकृति को बदल सकता है (Can change the shape or size of an object).
- संतुलित बल (Balanced Forces):
- जब किसी वस्तु पर कार्य करने वाले सभी बलों का परिणामी बल शून्य (Net force is zero) होता है, तो उन्हें संतुलित बल कहते हैं।
- प्रभाव (Effect): संतुलित बल किसी वस्तु की गति की अवस्था को नहीं बदलते हैं।
- यदि वस्तु विराम अवस्था में है, तो वह विराम अवस्था में ही रहेगी।
- यदि वस्तु एकसमान गति में है, तो वह एकसमान गति में ही रहेगी।
- उदाहरण: रस्साकशी में जब दोनों टीमें समान बल लगाती हैं और रस्सी नहीं हिलती। एक मेज पर रखी किताब पर लगने वाला गुरुत्वाकर्षण बल और मेज का अभिलंब बल।
- असंतुलित बल (Unbalanced Forces):
- जब किसी वस्तु पर कार्य करने वाले सभी बलों का परिणामी बल शून्य नहीं होता है, तो उन्हें असंतुलित बल कहते हैं।
- प्रभाव (Effect): असंतुलित बल हमेशा किसी वस्तु की गति की अवस्था में परिवर्तन लाते हैं।
- यह किसी स्थिर वस्तु को गति में ला सकता है।
- यह किसी गतिशील वस्तु की गति को बढ़ा या घटा सकता है।
- यह किसी गतिशील वस्तु की दिशा बदल सकता है।
- उदाहरण: एक फुटबॉल को किक मारना, एक चलती हुई कार पर ब्रेक लगाना, रस्साकशी में जब एक टीम दूसरी टीम से अधिक बल लगाती है।
- घर्षण बल (Frictional Force):
- यह वह बल है जो दो सतहों के संपर्क में आने पर उनकी सापेक्ष गति का विरोध करता है।
- यह हमेशा गति की दिशा के विपरीत कार्य करता है।
- असंतुलित बल के कारण गति होने के लिए, लगाया गया बल घर्षण बल से अधिक होना चाहिए।
ముఖ్యమైనది
किसी वस्तु की गति की अवस्था में परिवर्तन लाने के लिए हमेशा असंतुलित बल की आवश्यकता होती है।
न्यूटन का गति का पहला नियम (Newton's First Law of Motion) - जड़त्व (Inertia)
न्यूटन के गति के पहले नियम को जड़त्व का नियम (Law of Inertia) भी कहा जाता है।
- नियम (Law):
- "प्रत्येक वस्तु अपनी विराम अवस्था में या एक सीधी रेखा में एकसमान गति की अवस्था में बनी रहती है, जब तक कि उस पर कोई बाहरी असंतुलित बल कार्य न करे।"
- सरल शब्दों में, वस्तुएँ अपनी गति की अवस्था को तब तक बनाए रखती हैं जब तक कि कोई बल उन्हें बदलने के लिए मजबूर न करे।
- जड़त्व (Inertia):
- जड़त्व किसी वस्तु का वह प्राकृतिक गुण है जिसके कारण वह अपनी गति की अवस्था (विराम या एकसमान गति) में होने वाले परिवर्तन का विरोध करती है।
- यह वस्तु के द्रव्यमान पर निर्भर करता है। अधिक द्रव्यमान वाली वस्तु का जड़त्व अधिक होता है।
- जड़त्व के प्रकार (Types of Inertia):
- विराम का जड़त्व (Inertia of Rest):
- वस्तु का वह गुण जिसके कारण वह अपनी विराम अवस्था में परिवर्तन का विरोध करती है।
- उदाहरण:
- जब कोई बस अचानक चलती है, तो यात्री पीछे की ओर गिर जाते हैं क्योंकि उनका शरीर विराम अवस्था में रहने की कोशिश करता है।
- एक पेड़ की शाखा को जोर से हिलाने पर पत्ते गिर जाते हैं।
- एक कालीन को डंडे से पीटने पर धूल के कण बाहर आ जाते हैं।
- कैरोम बोर्ड में स्ट्राइकर से सबसे नीचे की गोटी को मारने पर केवल वही गोटी बाहर निकलती है, बाकी गोटियाँ अपनी जगह गिर जाती हैं।
- गति का जड़त्व (Inertia of Motion):
- वस्तु का वह गुण जिसके कारण वह अपनी एकसमान गति की अवस्था में परिवर्तन का विरोध करती है।
- उदाहरण:
- जब कोई चलती हुई बस अचानक रुकती है, तो यात्री आगे की ओर झुक जाते हैं क्योंकि उनका शरीर गति में रहने की कोशिश करता है।
- एक लंबी कूद लगाने वाला एथलीट कूदने से पहले कुछ दूरी तक दौड़ता है ताकि उसके शरीर में गति का जड़त्व आ जाए।
- सुरक्षा बेल्ट (Seat belts) हमें अचानक ब्रेक लगने पर आगे की ओर झुकने से बचाते हैं।
- दिशा का जड़त्व (Inertia of Direction):
- वस्तु का वह गुण जिसके कारण वह अपनी गति की दिशा में परिवर्तन का विरोध करती है।
- उदाहरण:
- जब एक कार अचानक मोड़ लेती है, तो यात्री विपरीत दिशा में झुक जाते हैं।
- एक पत्थर को रस्सी से घुमाते समय, यदि रस्सी टूट जाए, तो पत्थर स्पर्शरेखा (tangentially) दिशा में उड़ जाता है।
సూచన
न्यूटन के पहले नियम पर आधारित उदाहरण अक्सर 'क्यों' (Why) वाले प्रश्नों के रूप में पूछे जाते हैं। प्रत्येक उदाहरण को जड़त्व के प्रकार से जोड़कर समझें।
जड़त्व और द्रव्यमान (Inertia and Mass)
- द्रव्यमान (Mass):
- द्रव्यमान किसी वस्तु में निहित पदार्थ की मात्रा का माप है।
- यह किसी वस्तु के जड़त्व का माप (measure) है।
- SI इकाई: किलोग्राम (kg).
- जड़त्व और द्रव्यमान का संबंध (Relationship between Inertia and Mass):
- जिस वस्तु का द्रव्यमान अधिक होता है, उसका जड़त्व भी अधिक होता है।
- अर्थात, भारी वस्तुओं को उनकी गति की अवस्था बदलने के लिए अधिक बल की आवश्यकता होती है।
- हल्की वस्तुओं को उनकी गति की अवस्था बदलने के लिए कम बल की आवश्यकता होती है।
- उदाहरण (Examples):
- एक साइकिल को धक्का देना एक कार को धक्का देने से आसान होता है, क्योंकि साइकिल का द्रव्यमान कम होता है और इसलिए उसका जड़त्व भी कम होता है।
- एक खाली डिब्बे को लात मारना एक पत्थर को लात मारने से आसान होता है।
- एक 5 kg के बैग का जड़त्व एक 2 kg के बैग से अधिक होगा।
నిర్వచనం
जड़त्व (Inertia): किसी वस्तु का वह गुण जिसके कारण वह अपनी विराम अवस्था या एकसमान गति की अवस्था में परिवर्तन का विरोध करती है।
ముఖ్యమైనది
जड़त्व एक अदिश राशि (scalar quantity) है क्योंकि इसमें केवल परिमाण होता है, दिशा नहीं।
न्यूटन का गति का दूसरा नियम (Newton's Second Law of Motion) - संवेग (Momentum)
न्यूटन के गति का दूसरा नियम बल और गति की अवस्था में परिवर्तन के बीच मात्रात्मक संबंध स्थापित करता है।
- संवेग (Momentum, p):
- संवेग किसी वस्तु के द्रव्यमान (mass) और वेग (velocity) का गुणनफल होता है।
- यह किसी वस्तु में निहित गति की मात्रा का माप है।
- सूत्र (Formula): \(p = mv\)
- जहाँ, \(p\) = संवेग, \(m\) = द्रव्यमान, \(v\) = वेग।
- SI इकाई: किलोग्राम-मीटर प्रति सेकंड (kg m/s).
- संवेग एक सदिश राशि (vector quantity) है, इसकी दिशा वही होती है जो वेग की होती है।
- न्यूटन का गति का दूसरा नियम (Newton's Second Law of Motion):
- "किसी वस्तु के संवेग में परिवर्तन की दर उस पर लगाए गए असंतुलित बल के समानुपाती होती है और बल की दिशा में होती है।"
- गणितीय रूप से, \(F \propto \frac{\Delta p}{\Delta t}\)
- जहाँ, \(F\) = बल, \(\Delta p\) = संवेग में परिवर्तन, \(\Delta t\) = समय में परिवर्तन।
- दूसरे नियम के निहितार्थ (Implications of Second Law):
- एक छोटे द्रव्यमान की गोली भी अधिक वेग के कारण बड़ा संवेग उत्पन्न कर सकती है और गंभीर चोट पहुँचा सकती है।
- एक क्रिकेट खिलाड़ी गेंद को पकड़ते समय अपने हाथों को पीछे खींचता है ताकि गेंद के संवेग को शून्य करने में अधिक समय लगे, जिससे उस पर लगने वाला बल कम हो जाए और चोट से बचा जा सके।
- ऊँची कूद या लंबी कूद वाले एथलीट रेत के ढेर या गद्दे पर गिरते हैं ताकि संवेग परिवर्तन का समय बढ़ जाए और बल का प्रभाव कम हो।
- वाहनों में शॉकर्स (shockers) का उपयोग झटकों के प्रभाव को कम करने के लिए किया जाता है।
సూత్రం
संवेग (Momentum): \(p = mv\) इकाई: kg m/s
ముఖ్యమైనది
न्यूटन का दूसरा नियम बल को परिभाषित करने के साथ-साथ उसे मापने का तरीका भी प्रदान करता है।
न्यूटन के गति के दूसरे नियम का गणितीय सूत्र (Mathematical Formulation of Newton's Second Law of Motion)
न्यूटन के गति के दूसरे नियम से बल \(F = ma\) का सूत्र व्युत्पन्न करना।
- माना (Let):
- वस्तु का द्रव्यमान = \(m\)
- प्रारंभिक वेग = \(u\)
- अंतिम वेग = \(v\)
- समय अंतराल = \(t\)
- त्वरण = \(a\)
- प्रारंभिक संवेग (Initial Momentum, \(p_1\)):
- \(p_1 = mu\)
- अंतिम संवेग (Final Momentum, \(p_2\)):
- \(p_2 = mv\)
- संवेग में परिवर्तन (Change in Momentum, \(\Delta p\)):
- \(\Delta p = p_2 - p_1 = mv - mu = m(v - u)\)
- संवेग में परिवर्तन की दर (Rate of Change of Momentum):
- \(\frac{\Delta p}{\Delta t} = \frac{m(v - u)}{t}\)
- न्यूटन के दूसरे नियम के अनुसार (According to Newton's Second Law):
- \(F \propto \frac{m(v - u)}{t}\)
- हम जानते हैं कि त्वरण \(a = \frac{v - u}{t}\)
- इसलिए, \(F \propto ma\)
- समानुपाती स्थिरांक (Proportionality Constant):
- \(F = kma\)
- जहाँ \(k\) एक समानुपाती स्थिरांक है।
- बल की SI इकाई को इस प्रकार परिभाषित किया जाता है कि \(k = 1\) हो।
- जब \(m = 1\) kg और \(a = 1\) m/s² हो, तो बल \(F = 1\) न्यूटन (N) होता है।
- अंतिम सूत्र (Final Formula):
- \(F = ma\)
- जहाँ, \(F\) = बल (न्यूटन, N), \(m\) = द्रव्यमान (किलोग्राम, kg), \(a\) = त्वरण (मीटर प्रति सेकंड वर्ग, m/s²).
- बल की इकाई (Unit of Force):
- न्यूटन (Newton, N): 1 न्यूटन वह बल है जो 1 kg द्रव्यमान वाली वस्तु में 1 m/s² का त्वरण उत्पन्न करता है।
- \(1 \text{ N} = 1 \text{ kg m/s}^2\)
సూత్రం
यह व्युत्पत्ति बोर्ड परीक्षाओं के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। इसे चरण-दर-चरण याद रखें।
సూత్రం
बल (Force): \(F = ma\) इकाई: न्यूटन (N)
न्यूटन का गति का तीसरा नियम (Newton's Third Law of Motion)
न्यूटन का गति का तीसरा नियम बताता है कि बल हमेशा युग्मों (pairs) में मौजूद होते हैं।
- नियम (Law):
- "प्रत्येक क्रिया के लिए, हमेशा एक समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है।"
- ये क्रिया और प्रतिक्रिया बल हमेशा दो अलग-अलग वस्तुओं पर कार्य करते हैं।
- वे एक ही वस्तु पर कार्य नहीं करते हैं, इसलिए वे एक-दूसरे को रद्द नहीं कर सकते।
- क्रिया-प्रतिक्रिया बल युग्म (Action-Reaction Force Pairs):
- क्रिया बल (Action force) और प्रतिक्रिया बल (Reaction force) हमेशा परिमाण में समान (equal in magnitude) और दिशा में विपरीत (opposite in direction) होते हैं।
- चूंकि वे अलग-अलग वस्तुओं पर कार्य करते हैं, इसलिए वे अलग-अलग त्वरण उत्पन्न कर सकते हैं यदि वस्तुओं के द्रव्यमान अलग-अलग हों।
- उदाहरण (Examples):
- चलना (Walking): हम जमीन को पीछे की ओर धकेलते हैं (क्रिया), और जमीन हमें आगे की ओर धकेलती है (प्रतिक्रिया)।
- तैरना (Swimming): तैराक पानी को पीछे धकेलता है (क्रिया), और पानी तैराक को आगे धकेलता है (प्रतिक्रिया)।
- बंदूक का प्रतिक्षेप (Recoil of a Gun): जब एक बंदूक से गोली चलाई जाती है, तो बंदूक गोली पर आगे की ओर बल लगाती है (क्रिया), और गोली बंदूक पर पीछे की ओर समान और विपरीत बल लगाती है (प्रतिक्रिया), जिससे बंदूक पीछे हटती है।
- रॉकेट का प्रक्षेपण (Rocket Launch): रॉकेट नीचे की ओर गर्म गैसों को बाहर निकालता है (क्रिया), और गैसें रॉकेट पर ऊपर की ओर समान और विपरीत बल लगाती हैं (प्रतिक्रिया), जिससे रॉकेट ऊपर उठता है।
- नाव से कूदना (Jumping from a Boat): जब कोई व्यक्ति नाव से किनारे पर कूदता है, तो वह नाव को पीछे की ओर धकेलता है (क्रिया), और नाव व्यक्ति को आगे की ओर धकेलती है (प्रतिक्रिया)। परिणामस्वरूप, नाव पीछे हट जाती है।
- पक्षी का उड़ना (Bird Flying): पक्षी अपने पंखों से हवा को नीचे धकेलता है (क्रिया), और हवा पक्षी को ऊपर की ओर धकेलती है (प्रतिक्रिया)।
తప్పుడు అభిప్రాయం
याद रखें कि क्रिया और प्रतिक्रिया बल हमेशा दो अलग-अलग वस्तुओं पर कार्य करते हैं। वे एक ही वस्तु पर कार्य करके एक-दूसरे को रद्द नहीं करते हैं।
ముఖ్యమైనది
न्यूटन के तीसरे नियम का उपयोग संवेग संरक्षण के नियम (Law of Conservation of Momentum) को समझने के लिए आधार प्रदान करता है।
