हाई स्कूल भौतिकी

आर्किमिडीज का नियम

आर्किमिडीज के नियम की सामग्री

क्या आपने कभी कोई जहाज़ देखा है? अगर आपने उसे अपनी आँखों से नहीं देखा है, तो उम्मीद है कि आपने उसे टीवी या इंटरनेट पर ज़रूर देखा होगा। भारी वज़न वाला जहाज़ डूबता नहीं है, जबकि एक छोटा, हल्का पत्थर डूब सकता है। ऐसा क्यों होता है? इसका जवाब काफ़ी सरल है, अगर आप उत्प्लावन बल और आर्किमिडीज़ के सिद्धांत को समझते हैं।

रोजमर्रा की जिंदगी में हम देखते हैं कि किसी द्रव में रखी वस्तु, जैसे कि पत्थर, का वजन द्रव में न होने की तुलना में कम होता है। हो सकता है कि जमीन की सतह से पत्थर उठाना मुश्किल हो, लेकिन वही पत्थर तालाब की तलहटी से आसानी से उठ जाता है। इसका कारण उत्प्लावन बल है। उत्प्लावन बल विभिन्न गहराइयों पर द्रव के दाब में अंतर के कारण होता है। गहराई बढ़ने के साथ द्रव का दाब भी बढ़ता है; द्रव जितना गहरा होगा, दाब उतना ही अधिक होगा। जब किसी वस्तु को द्रव में रखा जाता है, तो वस्तु के ऊपर और नीचे के द्रव के दाब में अंतर होता है। वस्तु के तल पर स्थित द्रव का दाब वस्तु के तल पर स्थित द्रव के दाब से अधिक होता है।

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द्रव दाब

द्रव दाब सामग्री

भौतिकी में, दाब को प्रति इकाई क्षेत्रफल पर लगने वाले बल के रूप में परिभाषित किया जाता है, जहाँ बल की दिशा सतह क्षेत्रफल के लंबवत होती है। गणितीय रूप से, दाब को P = F/A समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है, जहाँ P = दाब, F = बल और A = सतह क्षेत्रफल है। बल (F) की इकाई न्यूटन (N) है, और क्षेत्रफल की इकाई वर्ग मीटर (m²) है ^। चूंकि दाब प्रति इकाई क्षेत्रफल पर लगने वाला बल है, इसलिए दाब की इकाई N/m² है ^। N/m² का एक अन्य नाम ^{पास्कल} (Pa) है। ब्लेज़ पास्कल के सम्मान में पास्कल को दाब की इकाई के रूप में प्रयोग किया जाता है।

जब कोई द्रव स्थिर अवस्था में होता है, तो वह जिस सतह के संपर्क में होता है, उस पर लंबवत बल लगाता है। उदाहरण के लिए, गिलास में पानी को लें; पानी का प्रत्येक भाग गिलास की दीवार पर लंबवत बल लगाता है। इसलिए, पानी का प्रत्येक भाग उस पात्र के प्रत्येक इकाई क्षेत्रफल पर लंबवत बल लगाता है जिसमें वह रखा होता है। यह स्थिर द्रव का एक महत्वपूर्ण गुण है। जब कोई द्रव किसी सतह पर बल लगाता है, जहाँ बल लंबवत नहीं होता, तो सतह भी प्रतिक्रिया बल लगाती है, जो लंबवत नहीं होता। इससे द्रव का प्रवाह होता है। हालांकि, वास्तविकता में द्रव स्थिर ही रहता है। इसलिए, स्थिर द्रव में, बल हमेशा उस पात्र की सतह पर लंबवत होता है जिसमें वह रखा होता है।

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स्थैतिक और गतिशील तरल पदार्थों को समझना

भौतिकी में, द्रव को ऐसे पदार्थ के रूप में परिभाषित किया जाता है जो बह सकता है। आपने सीखा है कि हमारे दैनिक जीवन में पाए जाने वाले पदार्थ ठोस, द्रव और गैस होते हैं। द्रव शब्द में द्रव और गैस दोनों शामिल हैं, क्योंकि पानी जैसे द्रव और हवा जैसी गैसें बह सकती हैं। चट्टान या लोहा जैसे ठोस पदार्थ बह नहीं सकते और इसलिए उन्हें द्रव की श्रेणी में नहीं रखा जा सकता। इस बात को बेहतर ढंग से समझने के लिए, रोजमर्रा के जीवन के कुछ उदाहरणों पर विचार करना उपयोगी होगा। जब आप नहाते हैं, तो आपको पानी की आवश्यकता होती है। जलाशय तक पहुँचने के लिए, पानी या तो झरने से बहता है या कुएँ से निकाला जाता है। पानी द्रव का एक उदाहरण है। द्रव के अन्य उदाहरण भी हैं, जैसे चिकनाई वाला तेल, दूध आदि। इन सभी द्रवों को द्रव की श्रेणी में रखा जा सकता है क्योंकि ये एक स्थान से दूसरे स्थान पर बह सकते हैं। गैसें भी द्रव हैं। गैसें भी एक स्थान से दूसरे स्थान पर बह सकती हैं। हवा का झोंका एक स्थान से दूसरे स्थान पर हवा के चलने का एक उदाहरण है।

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सतही तनाव

पृष्ठ तनाव को समझना

सतही तनाव द्रव की सतह के सख्त होने के कारण होता है, जिससे एक पतली झिल्ली जैसी आकृति बन जाती है। यह जल के अणुओं के बीच के संसंजक बलों से प्रभावित होता है। इस व्याख्या को बेहतर ढंग से समझने के लिए, निम्नलिखित उदाहरण पर विचार करें। मान लीजिए एक पात्र में द्रव है।

पृष्ठ तनाव 1 द्रव के अणु सामान्यतः एक दूसरे को आकर्षित करते हैं। द्रव के भीतर, प्रत्येक अणु चारों ओर से अन्य अणुओं से घिरा होता है; परन्तु द्रव की सतह पर केवल किनारों और नीचे की ओर ही अणु होते हैं। ऊपर कोई अन्य अणु नहीं होते। क्योंकि द्रव के अणु एक दूसरे को आकर्षित करते हैं, इसलिए द्रव के भीतर के अणुओं पर लगने वाला कुल बल शून्य होता है। इसके विपरीत, सतह पर स्थित अणु किनारों और नीचे स्थित अणुओं द्वारा आकर्षित होते हैं। परिणामस्वरूप, द्रव की सतह पर एक कुल बल नीचे की ओर लगता है। इस नीचे की ओर लगने वाले कुल बल के कारण, सतह पर स्थित द्रव अपना क्षेत्रफल कम करने का प्रयास करता है, और यथासंभव सिकुड़ जाता है।

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पॉइज़ुइल का समीकरण

इसे पॉइज़ुइल समीकरण कहा जाता है क्योंकि इसकी खोज जीन लुई मैरी पॉइज़ुइल (1799-1869) ने की थी। जैसा कि बताया गया है, हर तरल को आदर्श तरल माना जा सकता है। आदर्श तरलों में श्यानता नहीं होती। अगर हम किसी पाइप में बहते हुए आदर्श तरल की कल्पना करें, तो तरल का हर हिस्सा एक ही गति (v) से गति करता है। आदर्श तरलों के विपरीत, वास्तविक तरल पदार्थ, या वे तरल पदार्थ जिनसे हम रोज़मर्रा की ज़िंदगी में मिलते हैं, उनमें श्यानता होती है। श्यानता होने के कारण, उदाहरण के लिए, जब वे किसी पाइप में बहते हैं, तो तरल के हर हिस्से की गति अलग-अलग होती है। बीच की परत तेज़ी से गति करती है (v अधिक होता है), जबकि पाइप से जुड़ी परत स्थिर रहती है (v = 0)। इसलिए, पाइप के केंद्र से किनारे तक, तरल का हर हिस्सा अलग-अलग गति से गति करता है। इसे आसानी से समझने के लिए, नीचे दी गई छवि देखें…

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घनत्व और विशिष्ट गुरुत्व

पदार्थ का घनत्व और विशिष्ट गुरुत्व

घनत्व

किसी पदार्थ का एक महत्वपूर्ण गुण घनत्व है। घनत्व किसी पदार्थ के द्रव्यमान और आयतन का अनुपात होता है। गणितीय रूप से इसे इस प्रकार लिखा जाता है:

ρ = m/V

ρ ग्रीक अक्षर है जिसका प्रयोग आमतौर पर घनत्व को दर्शाने के लिए किया जाता है, m द्रव्यमान को और V आयतन को दर्शाता है। एक समरूप द्रव का घनत्व एक समरूप ठोस के घनत्व से मौलिक रूप से भिन्न होता है। उदाहरण के लिए, लोहा या बर्फ का घनत्व प्रत्येक भाग में समान होता है। यह वायुमंडल या जल जैसे द्रवों से भिन्न है। पृथ्वी के वायुमंडल में, पृथ्वी की सतह से वायुमंडल जितना ऊपर होता है, घनत्व उतना ही कम होता है, जबकि समुद्री जल के मामले में, गहराई जितनी अधिक होती है, घनत्व उतना ही अधिक होता है। एक समरूप द्रव का घनत्व तापमान और दाब जैसे पर्यावरणीय कारकों पर निर्भर कर सकता है।

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