न्यूटनच्या गती नियमांबद्दलचा लेख
१. बलाची व्याख्या
बल ही अशी गोष्ट आहे ज्यामुळे वस्तूंना गती मिळते. दुसऱ्या शब्दांत सांगायचे झाल्यास, बल ही अशी गोष्ट आहे जी एखाद्या वस्तूला गतिमान करते, थांबवते किंवा तिच्या गतीची दिशा बदलते. बल ही एक सदिश राशी आहे, आणि म्हणूनच, त्याला परिमाण आणि दिशा असते. बलाचे चिन्ह F (बल) आहे. F हे बलाचे एक सामान्य चिन्ह आहे. बलाचे अनेक प्रकार आहेत आणि सर्वच बलांचे चिन्ह F नसते. आंतरराष्ट्रीय प्रणालीतील एकक kg m/s² म्हणजेच न्यूटन आहे.
२. निव्वळ बलाची व्याख्या
परिणामी बल (ΣF) हे एखाद्या वस्तूवर कार्य करणाऱ्या सर्व बलांची बेरीज असते. बल ही एक सदिश राशी आहे, त्यामुळे एकूण बलाची गणना सदिश बेरीज नियमानुसार केली जाते.
एकूण बल = १० न्यूटन, एकूण बलाची दिशा उजवीकडे.
एकूण बल = १० न्यूटन, एकूण बलाची दिशा उजवीकडे.
एकूण बल = ०
एकूण बल = ०
३. न्यूटनचे गतीचे नियम
न्यूटनचे गतीचे नियम हे इंग्लिश भौतिकशास्त्रज्ञ आयझॅक न्यूटन यांनी मांडलेले वस्तूच्या गतीसंबंधीचे भौतिकशास्त्राचे नियम आहेत.
३.१ न्यूटनचा पहिला नियम
न्यूटनच्या पहिल्या नियमानुसार, प्रत्येक स्थिर वस्तू स्थिरच राहते, किंवा प्रत्येक वस्तू जी सरळ रेषेत स्थिर गतीने जात असते.
जर वस्तूवर कार्य करणारे एकूण बल शून्य असेल, तर ती स्थिर गतीने सरळ पुढे जात राहील.
ΣF = 0
हे समीकरण न्यूटनच्या पहिल्या नियमातील एक गणितीय विधान आहे.
तुमच्या सभोवतालची एखादी वस्तू पाहा, जसे की टेबल, दगड किंवा कोणतीही वस्तू. स्थिर असलेले टेबल, जोपर्यंत त्याला हलवले जात नाही किंवा ढकलणे-ओढणे यांसारखे बाह्य बल लावले जात नाही, तोपर्यंत स्थिरच राहील. टेबल, दगड किंवा स्थिर असलेल्या वस्तूंवर कोणतेही बल कार्य करत नाही का? वस्तूवर बल कार्यरत असते, परंतु वस्तूवर कार्य करणाऱ्या सर्व बलांची बेरीज किंवा एकूण बल शून्य असते. पृथ्वीसारख्या ग्रहांच्या पृष्ठभागावर स्थिर असलेल्या वस्तूंवर कार्य करणारी बले म्हणजे गुरुत्वाकर्षण (w) आणि अभिलंब बल (N). गुरुत्वाकर्षण बलाची दिशा पृथ्वीच्या केंद्राला लंब असते, तर अभिलंब बलाची दिशा लंबवत वरच्या दिशेने असते. या दोन्ही बलांचे परिमाण समान असते, परंतु त्यांची दिशा विरुद्ध असते, त्यामुळे एकूण बल शून्य असते.
स्थिर गतीने सरळ रेषेत जाणाऱ्या वस्तूंचे काय? हा प्रश्न स्पष्ट करण्यासाठी, समजा तुम्ही एखादी वस्तू, उदाहरणार्थ, धातूचा तुकडा, फरशीच्या पृष्ठभागावर ढकलला. ढकलल्यानंतर, घर्षणामुळे धातूचा तुकडा मंदावला आणि थांबला. धातूच्या तुकड्यांना अधिक दूर किंवा जास्त वेळ जाण्यासाठी, तुम्हाला फरशीचा पृष्ठभाग आणि धातूच्या तुकड्याचा पृष्ठभाग गुळगुळीत करावा लागेल. जर फरशीचा पृष्ठभाग गुळगुळीत असेल आणि घर्षण नसेल, तर धातूचा तुकडा पुढे सरकत राहील आणि थांबणार नाही. परिपूर्ण, गुळगुळीत फरशीच्या पृष्ठभागावर सरकणाऱ्या धातूच्या तुकड्यावर कोणतेही बल कार्य करत नाही का? धातूच्या तुकड्यांवर काही बले कार्य करतात, म्हणजेच गुरुत्वाकर्षण बल आणि अभिलंब बल. ही दोन्ही बले उभ्या दिशेने कार्य करतात आणि जर फरशी गुळगुळीत असेल तर धातूच्या तुकड्यांच्या आडव्या दिशेतील हालचालीवर परिणाम करत नाहीत.
न्यूटनच्या दुसऱ्या नियमानुसार, जर एखाद्या वस्तूवर कार्य करणारे एकूण बल शून्य नसेल, तर ती वस्तू प्रवेगित होते. प्रवेगाचे परिमाण एकूण बलाच्या परिमाणाशी समानुपाती आणि वस्तूच्या वस्तुमानाशी व्यस्त प्रमाणात असते. प्रवेगाची दिशा ही एकूण बलाच्या दिशेसारखीच असते.
ΣF = ma
ΣF = एकूण बल (किलो मीटर/सेकंद² ) , m = वस्तुमान (किलो), a = त्वरण (मीटर/ सेकंद² )
समीकरण 1.2 हे न्यूटनच्या दुसऱ्या नियमातील एक गणितीय विधान आहे.
जर त्वरण शून्य असेल (a = 0), तर समीकरण १.२ हे समीकरण १.१ मध्ये बदलते. म्हणून, न्यूटनचा पहिला नियम हा न्यूटनच्या दुसऱ्या नियमाची एक विशेष स्थिती आहे. समीकरण १.२ वरून असा निष्कर्ष निघतो की, बल जितके जास्त, त्वरण तितके जास्त. याउलट, वस्तुमान जितके जास्त, त्वरण तितके कमी. बल, वस्तुमान आणि त्वरण यांच्यातील संबंध यासंबंधी एक प्रयोग केल्यानंतर अधिक चांगल्या प्रकारे समजतो.
नमुना समस्या १:
वरील आकृतीच्या आधारे वस्तूंच्या प्रवेगाचे परिमाण आणि दिशा निश्चित करा…
उपाय:
ΣF = ma
4 kg m/s 2 = (1 kg) a
a = 4 kg m/s 2 : 1 kg = 4 m/s 2
त्वरणाचे परिमाण = 4 m/s² , त्वरणाची दिशा उजवीकडे आहे.
नमुना समस्या १:
वरील आकृतीच्या आधारे त्वरणाचे परिमाण आणि दिशा निश्चित करा…
उपाय:
ΣF = ma
4 kg m/s 2 - 1 kg m/s 2 = (1 kg) a
3 kg m/s 2 = (1 kg) a
a = 3 kg m/s 2 : 1 kg
a = 3 m/ s²
त्वरणाचे परिमाण = 3 m/s² , त्वरणाची दिशा उजवीकडे आहे.
१.१ वजन (w)
वजन म्हणजे एखाद्या वस्तुमान असलेल्या वस्तूवर कार्य करणारी गुरुत्वाकर्षणाची शक्ती होय.
ΣF = ma
w = mg
समीकरण 1.3 हे एखाद्या वस्तूचे वजन मोजण्याचे समीकरण आहे.
w = वजन (किलो मीटर/सेकंद² ) , m = वस्तुमान (किलो), g = गुरुत्वाकर्षण त्वरण (मीटर/सेकंद² ) . पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरील गुरुत्वाकर्षण त्वरणाचे (g) परिमाण 9.8 मीटर/सेकंद² आहे . गणना सोपी करण्यासाठी, g ला 10 मीटर/ सेकंद² पर्यंत पूर्णांकित केले आहे.
३.२.२ अभिलंब बल (N)
अभिलंब बल हे एकमेकांना स्पर्श करणाऱ्या दोन वस्तूंवर कार्य करणारे असे बल आहे, ज्याची दिशा स्पर्श प्रतलाला लंब असते.
टेबलाच्या पृष्ठभागाच्या वर असलेल्या वस्तूंचे निरीक्षण करा. गुरुत्वाकर्षणाचे बल किंवा वजन देखील त्या वस्तूवर कार्य करते. झाडावरून फळे खाली पडल्याप्रमाणे वस्तू मुक्तपणे खाली पडत नाहीत, कारण त्यावर अभिलंब बल कार्यरत असते. वजन (w) आणि अभिलंब (N) हे समान पण विरुद्ध दिशेत असतात, त्यामुळे वस्तूवरील एकूण बल शून्य असते.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
३.३ न्यूटनचा तिसरा नियम
न्यूटनच्या तिसऱ्या नियमानुसार, जर वस्तू १ ने वस्तू २ ला बल लावले, तर त्याच वेळी वस्तू २ सुद्धा वस्तू १ ला बल लावते. ही दोन्ही बले समान असतात, परंतु त्यांची दिशा विरुद्ध असते. एका बलाला क्रिया बल आणि दुसऱ्याला प्रतिक्रिया बल म्हणतात.
F क्रिया = – F प्रतिक्रिया
समीकरण १.३ हे न्यूटनच्या तिसऱ्या नियमातील एक गणितीय विधान आहे. समीकरण १.३ मधील ऋण चिन्ह बलाची दिशा स्पष्ट करते.
न्यूटनचा तिसरा नियम अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी प्रयोग करा. तुमच्याकडे स्केटबोर्ड असल्यास, त्यावर उभे राहून भिंतीला धक्का द्या. भिंतीला धक्का दिल्यानंतर, स्केटबोर्ड मागे सरकतो. तुमच्या बलाची दिशा पुढची आहे, तर स्केटबोर्डची दिशा मागची आहे.
याचा अर्थ असा आहे की भिंतसुद्धा तुम्हाला ढकलते. जेव्हा तुम्ही भिंतीला ढकलता, त्याच वेळी भिंतसुद्धा तुम्हाला ढकलते. तुमची ढकलण्याची शक्ती भिंतीवर कार्य करते, तर भिंतीची ढकलण्याची शक्ती तुमच्यावर कार्य करते. दोन्ही शक्ती एकाच दिशेने पण विरुद्ध दिशेने असतात. तुम्ही एका शक्तीला क्रिया आणि दुसऱ्याला प्रतिक्रिया म्हणू शकता.
आणखी एक प्रयोग करता येतो, तो म्हणजे रबराचा फुगा फुगवणे आणि हवेने भरल्यामुळे तो फुगल्यावर सोडून देणे. सोडल्यावर, फुगा 'उडू' लागतो. फुग्याच्या गतीची दिशा ही त्यातून हवा बाहेर पडण्याच्या दिशेच्या विरुद्ध असते. याचे स्पष्टीकरण कसे द्यावे?
जेव्हा फुग्याचे तोंड सोडले जाते, तेव्हा फुगा आतील हवा बाहेर ढकलतो. त्याच वेळी, हवा देखील फुग्याला ढकलते. हवेच्या या ढकलण्याच्या शक्तीमुळे फुगा उडतो. फुग्याची शक्ती कार्य करते, तर हवेची शक्ती फुग्यावर कार्य करते. या दोन्ही शक्ती समान आहेत, परंतु त्यांची दिशा विरुद्ध आहे.
आकृती २ चे निरीक्षण करा आणि तिची आकृती ३ शी तुलना करा. एखाद्या वस्तूवर कार्य करणारे अभिलंब बल (N) हे टेबलाच्या पृष्ठभागासारख्या सपाट पृष्ठभागाद्वारे दिले जाणारे बल आहे. त्याच वेळी, वस्तू टेबलाच्या पृष्ठभागावर बल (N') देखील देतात. या दोन्ही अभिलंब बलांचे (N आणि N') परिमाण समान असते, परंतु त्यांची दिशा विरुद्ध असते आणि ती वेगवेगळ्या वस्तूंवर कार्य करतात. याउलट, w आणि N यांचे परिमाण समान असते आणि ती एकाच वस्तूवर कार्य करतात. म्हणून N आणि N' ही क्रिया-प्रतिक्रिया बले आहेत.
