પરિભ્રમણ ગતિશાસ્ત્ર એ મિકેનિક્સનો એક વિભાગ છે જે બળ, દળ અને પરિભ્રમણ ગતિને પ્રભાવિત કરતા અન્ય પરિબળોને સંડોવતા પરિભ્રમણ ગતિનો અભ્યાસ કરે છે. જો પદાર્થના બધા ભાગો પદાર્થના કોઈપણ ભાગ પર સ્થિત ધરી અથવા ધરીની આસપાસ ફરે છે તો તે પરિભ્રમણ કરે છે. આ વિષયમાં અભ્યાસ કરાયેલ પરિભ્રમણ ગતિ નિશ્ચિત ધરીની આસપાસ પરિભ્રમણ ગતિ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. ગરગડી, પંખાની ગતિ, સીડી/ડીવીડી રૂમમાં સીડી/ડીવીડીની ગતિ, દરવાજા અથવા બારીની ગતિ, એન્જિન સિલિન્ડરની ગતિ, હેલિકોપ્ટર અથવા વિમાન પ્રોપેલર અથવા જહાજના પ્રોપેલરની ગતિ એ નિશ્ચિત ધરીની આસપાસ પરિભ્રમણ ગતિના કેટલાક ઉદાહરણો છે. શું તમે ક્યારેય સ્પિનિંગ ટોપ જોયું છે? સ્પિનિંગ ટોપની ધરીની સ્થિતિ હંમેશા બદલાતી રહે છે (ટોચનો ઝુકાવ બદલાતો રહે છે), તેથી સ્પિનિંગ ટોપ દ્વારા અનુભવાતી પરિભ્રમણ ગતિનો આ વિષયમાં અભ્યાસ કરવામાં આવતો નથી.
કાળો સિદ્ધાંત
કાળા સિદ્ધાંતોને સમજવું
જો આપણે ખુલ્લા પાત્રમાં (ઉદાહરણ તરીકે, ડોલમાં) ગરમ અને ઠંડા પાણીને ભેળવીએ, તો ગરમી ગરમ પાણીમાંથી ઠંડા પાણીમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. કારણ કે કન્ટેનર ખુલ્લું હોય છે, કેટલીક ગરમી હવામાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. કન્ટેનર પણ ગરમ બને છે. ગરમ પાણી દ્વારા છોડવામાં આવતી ગરમી ફક્ત ઠંડા પાણી દ્વારા જ નહીં પરંતુ હવા અને કન્ટેનર દ્વારા પણ શોષાય છે. આ કિસ્સામાં, ડોલ એક બિન-અલગ સિસ્ટમ છે.
જ્યારે આપણે બંધ થર્મોસમાં ગરમ અને ઠંડા પાણીનું મિશ્રણ કરીએ છીએ, ત્યારે ગરમી ગરમ પાણીમાંથી ઠંડા પાણીમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. થર્મોસ એક અલગ સિસ્ટમ છે , તેથી હવા અથવા થર્મોસમાં ગરમીનું સ્થાનાંતરણ થતું નથી. ગરમ પાણી દ્વારા છોડવામાં આવતી ગરમી ઠંડા પાણી દ્વારા ફક્ત શોષાય છે જ્યાં સુધી મિશ્રણ થર્મલ સંતુલન સુધી પહોંચે નહીં.
સિસ્ટમો અને પર્યાવરણ
સિસ્ટમ્સ અને પર્યાવરણને સમજવું
સિસ્ટમ એ એક પદાર્થ અથવા પદાર્થોનો સમૂહ છે જેનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે. બ્રહ્માંડમાં અન્ય પદાર્થોને પર્યાવરણ કહેવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે, સિસ્ટમને તેના પર્યાવરણથી "પાર્ટીશન/લિમિટર/સેપરેટર" દ્વારા અલગ કરવામાં આવે છે.
ઉદાહરણ તરીકે, ધારો કે આપણે થર્મોસમાં પાણીની તપાસ કરવા માંગીએ છીએ. થર્મોસની અંદરનું પાણી સિસ્ટમ બનાવે છે, જ્યારે થર્મોસની બહારની હવા અને અન્ય વસ્તુઓ પર્યાવરણ બનાવે છે. થર્મોસની દિવાલો, અંદરનો કાચ અને બહારનો પ્લાસ્ટિક બંને, વિભાજક તરીકે કાર્ય કરે છે. વોટર થર્મોસ એક ઉદાહરણ છે.
સુષુપ્ત ગરમી
સુષુપ્ત ગરમીને સમજવી
જો તમે ઠંડા પાણી અને બરફના મિશ્રણવાળા કન્ટેનરમાં પારો થર્મોમીટર નાખો છો, તો તમે જોશો કે નીચે ગયા પછી, પારાની સપાટી સ્થિર રહે છે અથવા હવે ખસતી નથી. પાણીના ગલનબિંદુ અથવા પાણીના ઠંડું બિંદુ (0 ° સે) પર પહોંચ્યા પછી પારાની સપાટી ફરવાનું બંધ કરે છે. જો કન્ટેનર ખુલ્લું હોય, તો ગરમી ઊંચા તાપમાને હવામાંથી નીચા તાપમાને બરફ અને પાણીના મિશ્રણમાં વહે છે. હવામાંથી વધારાની ગરમી બરફ પીગળે છે. જેમ જેમ બરફ પીગળે છે, શું બરફ અને પાણીના મિશ્રણનું તાપમાન બદલાય છે? જેમ જેમ બરફ પીગળે છે, પાણી અને બરફના મિશ્રણનું તાપમાન બદલાતું નથી.
ચોક્કસ ગરમી
ચોક્કસ ઉષ્મા (c) એ પદાર્થના એક એકમ દળ (m) ના તાપમાન (T) ને એક ડિગ્રી વધારવા માટે જરૂરી ગરમી (Q) ની માત્રા છે . c માટેનું સૂત્ર છે:
આંતરરાષ્ટ્રીય એકમોની વ્યવસ્થા J/Kg K છે.
તાપમાન સાથે પદાર્થની વિશિષ્ટ ગરમી બદલાય છે. જો તાપમાનમાં ફેરફાર ખૂબ મોટો ન હોય, તો મૂલ્યને સ્થિર ગણી શકાય. 1 atm ના દબાણ અને 20 ° C ના તાપમાને (પ્રાયોગિક રીતે મેળવેલ) અનેક પદાર્થો માટે c ના મૂલ્યો નીચે મુજબ છે.
ગરમીનું સૂત્ર
જો અલગ અલગ તાપમાન ધરાવતી વસ્તુઓ એકબીજાના સંપર્કમાં આવે છે, તો ગરમી કુદરતી રીતે વધુ તાપમાન ધરાવતી વસ્તુથી ઓછા તાપમાન ધરાવતી વસ્તુ તરફ જાય છે. બે વસ્તુઓ ઉષ્મા સંતુલન પર પહોંચ્યા પછી ગરમીનું સ્થાનાંતરણ બંધ થઈ જાય છે . એવું કહી શકાય કે ગરમીનું સ્થાનાંતરણ સંપર્કમાં રહેલી વસ્તુઓના તાપમાનમાં ફેરફારનું કારણ બને છે . આ સંક્ષિપ્ત સમજૂતીના આધારે, એવું તારણ કાઢવામાં આવે છે કે ગરમી (Q) એક પદાર્થ અને તે પદાર્થના તાપમાનમાં ફેરફાર (ડેલ્ટા T) સાથે સંબંધિત છે . દરેક પદાર્થનું દળ (m) હોય છે અને પદાર્થનો પ્રકાર પણ અલગ હોય છે.
યાંત્રિક ગરમીનો તાર
ગરમીનું એકમ કેલરી (સંક્ષિપ્તમાં કેલ) છે. કેલરી એ 1 ગ્રામ પાણીના તાપમાનમાં 1 ડિગ્રી સેલ્સિયસ (બરાબર 14,5 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી 15,5 ડિગ્રી સેલ્સિયસ) વધારો કરવા માટે જરૂરી ગરમીનું પ્રમાણ છે. વિવિધ પાણીના તાપમાન માટે જરૂરી ગરમીનું પ્રમાણ બદલાય છે . સમાન ગરમી માટે, પાણીના તાપમાનમાં 1 ડિગ્રી સેલ્સિયસનો વધારો ફક્ત 14,5 ડિગ્રી સેલ્સિયસ અને 15,5 ડિગ્રી સેલ્સિયસ વચ્ચે થાય છે. ગરમીનો એકમ જે ઘણીવાર ઉપયોગમાં લેવાય છે, ખાસ કરીને ખોરાકના ઉર્જા મૂલ્યને વ્યક્ત કરવા માટે, કિલોકેલરી (કેકેલ) છે. 1 કેકેલ = 1000 કેલરી. 1 કેકેલ = 1 કેલરી (મૂડી કેલ) નું બીજું નામ. બ્રિટિશ સિસ્ટમ માટે ગરમીનું એકમ Btu (બ્રિટિશ થર્મલ યુનિટ) છે. 1 Btu = 1 પાઉન્ડ પાણીના તાપમાનમાં 1 ડિગ્રી સેલ્સિયસ ( બરાબર 63 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી 64 ડિગ્રી સેલ્સિયસ) વધારો કરવા માટે જરૂરી ગરમીનું પ્રમાણ.
પાણીની વિસંગતતા
પાણીની વિસંગતતાઓને સમજવી
દરેક પદાર્થનું તાપમાન વધે ત્યારે તેનું કદ વધે છે અને ઘટે ત્યારે તેનું કદ ઘટે છે . પાણીનું તાપમાન વધે ત્યારે તેનું કદ પણ વધે છે અને ઘટે ત્યારે તેનું કદ ઘટે છે, પરંતુ 0 ° C - 4 ° C તાપમાને નહીં. 0 ° C અને 4 ° C તાપમાન વચ્ચે , તાપમાન વધતાં પાણીનું કદ ઘટે છે (પાણી સંકોચાય છે). જો આપણે 0 ° C તાપમાને પાણી ગરમ કરીએ , તો પાણી જેટલું ગરમ થાય છે, તેટલું પાણીનું કદ ઘટે છે. જ્યારે પાણી 4 ° C તાપમાને પહોંચે છે ત્યારે સંકોચન પ્રક્રિયા અટકી જાય છે. 4 ° C ઉપર , તાપમાન વધતાં પાણીનું કદ વધે છે (પાણી વિસ્તરે છે). તેનાથી વિપરીત, જ્યારે તાપમાન 4 ° C થી 0 ° C સુધી ઘટે છે ત્યારે પાણી વિસ્તરે છે (પાણીનું કદ વધે છે). પાણીની આ વિચિત્રતાને પાણીની વિસંગતતા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
વિસ્તરણ
જો તમે વિદ્યુત કેબલ્સને નજીકથી જોશો, તો તમે જોશો કે તે ઢીલા પડવાના કારણે નીચે તરફ વળેલા છે. શા માટે વિદ્યુત કેબલને ફક્ત તણાવ આપવાને બદલે ઇરાદાપૂર્વક ઢીલા કરવામાં આવે છે? ફ્લોરેસ અને લેમ્બાટા, પૂર્વ નુસા ટેંગારામાં મોટાભાગની છત ઝીંક (Zn) ની બનેલી છે. દિવસ દરમિયાન અથવા રાત્રે, ઝીંક છત અવાજ કરે છે. ઝીંક અવાજ કેમ કરે છે? જો તમે જાવા ટાપુ પર રહો છો, તો તમે રેલમાર્ગના પાટા જોયા હશે. રેલ સાંધામાં ગાબડા છે. રેલ સાંધામાં આ ગાબડાઓનું કાર્ય શું છે? વિસ્તરણના વિષય સાથે સંબંધિત ઘણી બાબતો છે જેના વિશે તમે વિચારી શકો છો અને પૂછી શકો છો.
ગેસ થર્મોમીટર
જો આપણે વિવિધ પ્રકારના થર્મોમીટર્સ, ઉદાહરણ તરીકે પારો થર્મોમીટર અને આલ્કોહોલ થર્મોમીટર, તો બંને થર્મોમીટર્સના સ્કેલ ફક્ત 0 o C (અથવા 32 o F) અને 100 o C (અથવા 212 o F) પર સમાન હોય છે. જો આપણે હવાનું તાપમાન માપવા માટે બંને થર્મોમીટર્સનો ઉપયોગ કરીએ, તો દરેક થર્મોમીટર દ્વારા દર્શાવેલ સંખ્યાઓ જરૂરી રીતે સમાન નહીં હોય. એવું બની શકે છે કે પારો થર્મોમીટર 48 o C દર્શાવે છે, જ્યારે આલ્કોહોલ થર્મોમીટર 46 o C દર્શાવે છે. આનું કારણ એ છે કે પારો અને આલ્કોહોલનો વિસ્તરણ દર અલગ છે. તેવી જ રીતે અન્ય પ્રકારના થર્મોમીટર્સ, જેમ કે બાયમેટાલિક થર્મોમીટર્સ, વગેરે સાથે. આ રીતે નક્કી કરાયેલ તાપમાન સ્કેલ વપરાયેલી સામગ્રીના ગુણધર્મો પર ખૂબ આધાર રાખે છે.