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गतिकी एवं गति नियम

गति

यदि किसी वस्तु की स्थिति, किसी स्थिर वस्तु के सापेक्ष एक समान रूप से बदल रही हो, तो वह वस्तु गति में कही जाती है.

दूरी

वस्तु द्वारा किसी समय-अंतराल में तय किए गए मार्ग की संपूर्ण लंबाई दूरी कहलाती है. यह एक अदिश राशि है. यह सदैव धनात्मक होती है.

विस्थापन

वस्तु की अंतिम तथा प्रारंभिक स्थिति के बीच की न्यूनतम दूरी को विस्थापन कहते हैं. यह एक सदिश राशि है. इसका मान धनात्मक, ऋणात्मक कुछ भी हो सकता है.

चाल

कोई वस्तु एकांक समय में जितनी दूरी तय करती है, उसे उसकी चाल कहते हैं.

औसत चाल

किसी वस्तु द्वारा किसी देश में अंतराल में तय की गई दूरी और उस समय अंतराल के अनुपात को उस वस्तु की औसत चाल कहते हैं.

वेग

कोई वस्तु एकांक समय में जितनी विस्थापित होती है उसे वस्तु का वेग कहते हैं.

औसत वेग

वस्तु के कुल विस्थापन तथा कुल समय के अनुपात को उस वस्तु का औसत वेग कहते हैं.

तात्क्षणिक चाल तथा वेग

किसी गतिमान वस्तु के तत्क्षण ‘किसी निर्दिष्ट क्षण’ की चाल या वेग को क्रमश:  तात्क्षणिक चाल या तात्क्षणिक वेग कहते हैं.

त्वरण

किसी वस्तु के वेग परिवर्तन की दर को उस वस्तु का त्वरण कहते हैं. इसका मात्रक मी/से^2  होता है. यदि समय के साथ वस्तु का वेग बढ़ रहा हो, तो त्वरण धनात्मक होता है तथा यदि समय के साथ वस्तु का वेट घट रहा है, त्वरण ऋणात्मक होता है. इसे मन्दन कहा जाता है.

वृत्तीय गति

जब कोई वस्तु वृत्तीय पथ पर गति करती है, तो उसकी गति वृत्तीय गति कहलाती है, जैसे- लट्टू की गति, झूले की गति आदि. यदि वस्तु एक समान चाल से गति करती है, तो उसके गति को समरूप या एक समान वृत्तीय गति कहते हैं. एक समान वृत्तीय गति त्वरित होती है, क्योंकि इसमें वृत्त के प्रत्येक बिंदु पर वह की दिशा बदल जाती है.

जब कोई वस्तु किसी वृत्ताकार मार्ग पर चलती है, तो उस पर एक वृत्त के केंद्र की ओर कार्य करता है इसी अभिकेंद्र बल कहते हैं.

अपकेंद्रीय बल एक छदम(आभासी) बल है, जिस की दिशा अभिकेंद्र बल के विपरीत दिशा में होती है. सूर्य के चारों ओर ग्रहों की गति तथा घरों के चारों और उपग्रह की गति के लिए गुरुत्वाकर्षण बल आवश्यक अभिकेंद्र बल प्रदान करता है.

अभिकेंद्र बल प्राप्त करने के लिए साइकिल सवार मोड पर अंदर की ओर झुक जाता है. कपड़ा सुखाने की मशीन, दूध से मक्खन निकालने की मशीन अपकेंद्रीय बल के सिद्धांत पर कार्य करती है. आवश्यक अभिकेंद्र बल प्रदान करने के लिए घुमावदार रेलवे ट्रैक में घुमावदार सड़कें एक तरफ झुकी हुई या उठी हुई होती है.

प्रक्षेप्य गति  

जब किसी पिंड को एक प्रारंभिक वेग से, ऊर्ध्वाधर दिशा से भिन्न दिशा में फेंका जाता है, तो वह गुरुत्वीय त्वरण के अंतर्गत ऊर्ध्वाधर बल में व्रक पथ पर गति करती है, जिसे प्रक्षेप्य गति कहते हैं. जैसे- तोप से छूटे गोली की गति, इंधन समाप्त होने पर रॉकेट की गति तथा हवाई जहाज से गिराए गए बम की गति आदि.

प्रक्षेप्य  शीशे की दूरी उसकी  परास कहलाती है. जो क्षितिज से बने कोण पर निर्भर करती है. यह 45 डिग्री पर महत्तम होती है तथा Θ तथा  90 डिग्री – Θ कोण पर समान होती है. अंत: भाला फ़ेंक, गोला फेंक, चक्का फेंक में खिलाड़ी को अधिकतम दूरी प्राप्त करने के लिए लगभग 45 डिग्री कोण पर इन्हें फेंकना  चाहिए.

न्यूटन के गति-विषयक नियम

प्रसिद्ध न्यूटन ने 1687 ईसवी में अपनी पुस्तक प्रिन्सिपिया में सबसे पहले गति के नियम को प्रतिपादित किया.

प्रथम नियम

यदि कोई वस्तु विराम अवस्था में है, तो वह विराम अवस्था में रहेगी और यदि एक समान चाल से चल रही है, तो ऐसे ही चलती रहेगी जब तक उस पर बाह्य बल न लगाया जाए. इस नियम को न्युनटन का प्रथम गति नियम या जड़त्व का नियम भी कहते हैं.

द्वितीय नियम

किसी वस्तु पर कार्य करने वाले बल का मान वस्तु के द्रव्यमान तथा वस्तु में उत्पन्न त्वरण के गुणनफल के समानुपाती होता है,

तृतीय नियम

प्रत्येक क्रिया के बराबर तथा विपरीत दिशा में एक प्रतिक्रिया होती है.

गति के नियम के अनुप्रयोग

प्रथम नियम पर आधारित है

  • रुकी हुई गाड़ी कि अचानक चलने पर उसमें बैठे यात्री पीछे की ओर झुक जाते हैं तथा चलती हुई गाड़ी के अचानक रुक जाने पर यात्री आगे की ओर झुक जाते हैं.
  • बंदूक की गोली से शीशे में गोल छेद हो जाता है, जबकि पत्थर मारने पर शीशा टूट कर बिखर जाता है.
  • चलती रेलगाड़ी या बस से छलांग लगाने पर कोई व्यक्ति आगे की ओर गिरता है.
  • पेड़ को हिलाने से उसके फल टूटकर नीचे गिर जाते हैं.
  • हथोड़े को हत्थे में कसने के लिए हत्थे को जमीन पर मारते हैं.

विराम का जड़त्व

किसी वस्तु की विरामअवस्था में स्वत:  परिवर्तन की असमर्थाता को विराम का जड़त्व कहते हैं.

द्वितीय नियम पर आधारित

  • कांच के बर्तन को पैक करने से पहले भूसे अथवा कागज में लपेटा जाता है.
  • क्रिकेट खिलाड़ी गेंद को कैच करते समय अपने हाथों को थोड़ा पीछे कर लेता है.
  • गाड़ियों में शोकर लगाए जाते हैं.

तृतीय नियम पर आधारित

  • बंदूक से गोली छोड़ते समय, बंदूक का पीछे की ओर हटना.  
  • नाव से जमीन पर उतरते समय, नाव का पीछे हटना.
  • कुवे से पानी खींचते समय रस्सी टूट जाने पर व्यक्ति का पीछे की ओर गिर जाना.
  • रॉकेट की गति के दौरान इंधन गैसें तेजी से नीचे की ओर खिसकती हैं जिसकी प्रतिक्रिया के कारण रॉकेट ऊपर को चलता है.

संवेग

वस्तु का संवेग वस्तु में निहित गति की मात्रा है. किसी गतिमान वस्तु के द्रव्यमान तथा वेग के गुणनफल को उस वस्तु का संवेग कहते हैं.  

संवेग= द्रव्यमान x  वेग

संवेग एक सदिश राशि है, इसका मात्रक किग्रा-मी/से होता है.

आवेग

यदि कोई बल किसी वस्तु पर कम समय तक कार्यरत रहे और बल और समय-अंतराल के गुणनफल को उस वस्तु का आवेश कहते हैं या किसी वस्तु के संवेग में उत्पन्न परिवर्तन को आवे कहा जाता है.

आवेग = बल x समय – अंतराल ;   आवेग= संवेग – परिवर्तन

आवेग के उदाहरण

  • कराटे खिलाड़ी द्वारा हाथ के प्रहार से पट्टी तोड़ना
  • अधिक गहराई तक कील को गाढ़ने के लिए भारी हथोड़े  का उपयोग किया जाता है.
  • ऊंची कूद एवं लंबी कूद के लिए मैदान की मिट्टी खोदकर हल्की कर दी जाती है, ताकि कूदने पर खिलाड़ी को चोट ना लगे.

घर्षण

घर्षण बल वह विरोधी बल है, जो दो सतहों के बीच होने वाली अपेक्षित गति का विरोध करता है. घर्षण बल संपर्क में स्थित सतहों की प्रकृति पर निर्भर करता है तथा घर्षण बल संपर्क में स्थित सतहों के क्षेत्रफल पर निर्भर नहीं करता.

घर्षण बल के कारण ही हम पृथ्वी की सतह पर चलते हैं. गाड़ियों के ब्रेक घर्षण बल के कारण ही कार्य करते हैं. घर्षण बल, स्वत: समायोज्य बल है. घर्षण बल दो प्रकार के होते हैं-

  1. स्थतिक घर्षण
  2. गतिक घर्षण

घर्षण को कम करने की विधियां

  • स्नेहक का प्रयोग करके,  उदाहरण तेल अथवा ग्रीस.
  • बाल-बियरिंग का प्रयोग करके.
  • साबुन के घोल का प्रयोग करके.
  • पाउडर का प्रयोग करके.

द्रव्यमान केंद्र

वस्तु के अंदर या बाहर स्थित वह बिन्दु जहाँ वस्तु का कुल द्रव्यमान संचित माना जा सकता है द्रव्यमान केंद्र कहलाता है.

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