భ్రమణ గతిశాస్త్రం అనేది యాంత్రిక శాస్త్రంలోని ఒక శాఖ. ఇది భ్రమణ చలనాన్ని ప్రభావితం చేసే బలాలు, ద్రవ్యరాశులు మరియు ఇతర కారకాలతో కూడిన భ్రమణ చలనాన్ని అధ్యయనం చేస్తుంది. ఒక వస్తువు యొక్క అన్ని భాగాలు, దాని భాగాలలో ఒకదానిపై ఉన్న అక్షం లేదా ఆధార బిందువు చుట్టూ తిరిగితే, ఆ వస్తువు భ్రమణం చెందుతుందని అంటారు. ఈ అంశంలో అధ్యయనం చేయబడిన భ్రమణ చలనం, ఒక స్థిరమైన అక్షం చుట్టూ జరిగే భ్రమణ చలనంపై దృష్టి పెడుతుంది. ఒక కప్పి కదలిక, ఒక ఫ్యాన్ కదలిక, ఒక CD/DVD గదిలో CD/DVD కదలిక , ఒక తలుపు లేదా కిటికీ కదలిక, ఒక ఇంజిన్ సిలిండర్ కదలిక, ఒక హెలికాప్టర్ లేదా విమానం యొక్క ప్రొపెల్లర్, లేదా ఒక ఓడ యొక్క ప్రొపెల్లర్ అనేవి స్థిరమైన అక్షం చుట్టూ జరిగే భ్రమణ చలనానికి కొన్ని ఉదాహరణలు. మీరు ఎప్పుడైనా బొంగరాన్ని గమనించారా? బొంగరం యొక్క అక్షం స్థానం ఎల్లప్పుడూ మారుతూ ఉంటుంది (బొంగరం యొక్క వంపు మారే అవకాశం ఉంటుంది), అందువల్ల బొంగరం అనుభవించేటువంటి భ్రమణ చలనాన్ని ఈ అంశంలో అధ్యయనం చేయరు.
నల్ల సూత్రం
నల్లజాతి సూత్రాలను అర్థం చేసుకోవడం
మనం ఒక తెరిచిన పాత్రలో (ఉదాహరణకు, ఒక బకెట్‌లో) వేడి మరియు చల్లని నీటిని కలిపినప్పుడు, వేడి నీటి నుండి చల్లని నీటికి ఉష్ణం బదిలీ అవుతుంది. పాత్ర తెరిచి ఉండటం వలన, కొంత ఉష్ణం గాలికి బదిలీ అవుతుంది. పాత్ర కూడా వేడెక్కుతుంది. వేడి నీటి ద్వారా విడుదలయ్యే ఉష్ణం, చల్లని నీటిచే మాత్రమే కాకుండా గాలి మరియు పాత్రచే కూడా గ్రహించబడుతుంది. ఈ సందర్భంలో, బకెట్ ఒక వివిక్త వ్యవస్థ కాదు.
మనం ఒక మూసివున్న థర్మోస్‌లో వేడి మరియు చల్లని నీటిని కలిపినప్పుడు, వేడి నీటి నుండి చల్లని నీటికి ఉష్ణం బదిలీ అవుతుంది . థర్మోస్ ఒక వివిక్త వ్యవస్థ , కాబట్టి గాలికి గానీ లేదా థర్మోస్‌కు గానీ ఉష్ణం బదిలీ కాదు. ఆ మిశ్రమం ఉష్ణ సమతౌల్యాన్ని చేరుకునే వరకు, వేడి నీటి ద్వారా విడుదలయ్యే ఉష్ణం చల్లని నీటిచే గ్రహించబడుతుంది.
వ్యవస్థలు మరియు పర్యావరణం
వ్యవస్థలు మరియు పర్యావరణాన్ని అర్థం చేసుకోవడం
వ్యవస్థ అంటే అధ్యయనం చేయబడుతున్న ఒక వస్తువు లేదా వస్తువుల సమూహం. విశ్వంలోని ఇతర వస్తువులను పరిసరాలు అంటారు. సాధారణంగా, ఒక వ్యవస్థ దాని పరిసరాల నుండి ఒక "విభజన/పరిమితి/విభజనకారి" ద్వారా వేరు చేయబడుతుంది.
ఉదాహరణకు, మనం ఒక థర్మోస్‌లోని నీటిని పరిశోధించాలనుకుంటున్నామనుకుందాం. థర్మోస్ లోపల ఉన్న నీరు వ్యవస్థను ఏర్పరుస్తుంది, అయితే థర్మోస్ వెలుపల ఉన్న గాలి మరియు ఇతర వస్తువులు పరిసరాలను ఏర్పరుస్తాయి. థర్మోస్ గోడలు, అంటే లోపల ఉన్న గాజు మరియు బయట ఉన్న ప్లాస్టిక్ రెండూ, ఒక విభజనగా పనిచేస్తాయి. నీటి థర్మోస్ దీనికి ఒక ఉదాహరణ.
గుప్త ఉష్ణం
గుప్త ఉష్ణాన్ని అర్థం చేసుకోవడం
చల్లటి నీరు మరియు మంచు మిశ్రమం ఉన్న పాత్రలో మీరు పాదరస థర్మామీటర్‌ను ఉంచినట్లయితే, అది క్రిందికి వెళ్ళిన తర్వాత పాదరస ఉపరితలం నిశ్చలంగా ఉండటాన్ని లేదా ఇకపై కదలకపోవడాన్ని మీరు గమనిస్తారు. నీటి ద్రవీభవన స్థానం లేదా నీటి ఘనీభవన స్థానం (0 ° C) వద్దకు చేరుకున్న తర్వాత పాదరస ఉపరితలం కదలడం ఆగిపోతుంది. పాత్ర తెరిచి ఉన్నట్లయితే, అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉన్న గాలి నుండి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉన్న మంచు మరియు నీటి మిశ్రమానికి వేడి ప్రవహిస్తుంది. గాలి నుండి వచ్చే అదనపు వేడి మంచు కరగడానికి కారణమవుతుంది. మంచు కరిగే కొద్దీ, మంచు మరియు నీటి మిశ్రమం యొక్క ఉష్ణోగ్రత మారుతుందా? మంచు కరిగే కొద్దీ, నీరు మరియు మంచు మిశ్రమం యొక్క ఉష్ణోగ్రత మారదు.
విశిష్ట ఉష్ణం
విశిష్ట ఉష్ణం (c) అనగా ఒక వస్తువు యొక్క ఒక ఏకాంక ద్రవ్యరాశి (m) యొక్క ఉష్ణోగ్రత (T)ని ఒక డిగ్రీ పెంచడానికి అవసరమైన ఉష్ణం (Q) . c యొక్క సూత్రం:
అంతర్జాతీయ యూనిట్ల వ్యవస్థ J/Kg K.
ఒక వస్తువు యొక్క విశిష్టోష్ణం ఉష్ణోగ్రతతో పాటు మారుతుంది. ఉష్ణోగ్రత మార్పు మరీ ఎక్కువగా లేకపోతే, ఆ విలువను స్థిరంగా పరిగణించవచ్చు. 1 atm పీడనం మరియు 20 ° C ఉష్ణోగ్రత వద్ద అనేక వస్తువులకు సంబంధించిన c విలువలు (ప్రయోగాత్మకంగా పొందినవి) ఈ క్రింది విధంగా ఉన్నాయి.
ఉష్ణ సూత్రం
వేర్వేరు ఉష్ణోగ్రతలు గల వస్తువులు ఒకదానికొకటి తాకినప్పుడు, ఉష్ణం సహజంగా అధిక ఉష్ణోగ్రత గల వస్తువు నుండి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత గల వస్తువుకు ప్రసరిస్తుంది. ఆ రెండు వస్తువులు ఉష్ణ సమతౌల్యాన్ని చేరుకున్న తర్వాత ఉష్ణ బదిలీ ఆగిపోతుంది. ఉష్ణ బదిలీ అనేది తాకిన వస్తువుల ఉష్ణోగ్రతలో మార్పుకు కారణమవుతుందని చెప్పవచ్చు . ఈ సంక్షిప్త వివరణ ఆధారంగా, ఉష్ణం (Q) అనేది ఒక వస్తువుకు మరియు ఆ వస్తువు యొక్క ఉష్ణోగ్రతలోని మార్పుకు (delta T) సంబంధించినదని నిర్ధారించబడింది. ప్రతి వస్తువుకు ఒక ద్రవ్యరాశి (m) ఉంటుంది మరియు వస్తువు రకం కూడా భిన్నంగా ఉంటుంది.
యాంత్రిక ఉష్ణ తార్
ఉష్ణం యొక్క ప్రమాణం క్యాలరీ (సంక్షిప్తంగా kal). ఒక క్యాలరీ అంటే 1 గ్రాము నీటి ఉష్ణోగ్రతను 1 °C పెంచడానికి అవసరమైన ఉష్ణం ( సరిగ్గా 14,5 ° C నుండి 15,5 ° C కి). వివిధ నీటి ఉష్ణోగ్రతలకు అవసరమైన ఉష్ణం పరిమాణం మారుతూ ఉంటుంది. ఒకే పరిమాణంలో ఉష్ణంతో, నీటి ఉష్ణోగ్రతలో 1 ° C పెరుగుదల 14,5 ° C మరియు 15,5 ° C మధ్య మాత్రమే సంభవిస్తుంది. ముఖ్యంగా ఆహారం యొక్క శక్తి విలువను వ్యక్తపరచడానికి తరచుగా ఉపయోగించే ఉష్ణ ప్రమాణం కిలోక్యాలరీ (kcal). 1 kcal = 1000 క్యాలరీలు. 1 kcal కు మరో పేరు = 1 క్యాలరీ (పెద్ద అక్షరం K). బ్రిటిష్ పద్ధతిలో ఉష్ణం యొక్క ప్రమాణం Btu (బ్రిటిష్ థర్మల్ యూనిట్). 1 Btu = 1 పౌండ్ నీటి ఉష్ణోగ్రతను 1 ° F పెంచడానికి అవసరమైన ఉష్ణం (సరిగ్గా 63 ° F నుండి 64 ° F కి).
నీటి అసాధారణత
నీటి అసాధారణతలను అర్థం చేసుకోవడం
ప్రతి వస్తువు యొక్క ఉష్ణోగ్రత పెరిగినప్పుడు అది వ్యాకోచిస్తుంది (ఘనపరిమాణం పెరుగుతుంది), మరియు ఉష్ణోగ్రత తగ్గినప్పుడు సంకోచిస్తుంది (ఘనపరిమాణం తగ్గుతుంది). నీరు కూడా ఉష్ణోగ్రత పెరిగినప్పుడు వ్యాకోచిస్తుంది మరియు తగ్గినప్పుడు సంకోచిస్తుంది, కానీ 0 ° C – 4 ° C ఉష్ణోగ్రతల వద్ద అలా జరగదు. 0 ° C మరియు 4 ° C ఉష్ణోగ్రతల మధ్య , ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ నీటి ఘనపరిమాణం తగ్గుతుంది (నీరు సంకోచిస్తుంది). మనం 0 ° C ఉష్ణోగ్రత వద్ద నీటిని వేడి చేస్తే, నీరు ఎంత వేడిగా ఉంటే దాని ఘనపరిమాణం అంత ఎక్కువగా తగ్గుతుంది. నీరు 4 ° C ఉష్ణోగ్రతకు చేరుకున్నప్పుడు ఈ సంకోచ ప్రక్రియ ఆగిపోతుంది. 4 ° C కంటే పైన, ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ నీటి ఘనపరిమాణం పెరుగుతుంది (నీరు వ్యాకోచిస్తుంది). దీనికి విరుద్ధంగా, ఉష్ణోగ్రత 4 ° C నుండి 0 ° C కి తగ్గినప్పుడు నీరు వ్యాకోచిస్తుంది (నీటి ఘనపరిమాణం పెరుగుతుంది). నీటి యొక్క ఈ విచిత్ర స్వభావాన్ని 'నీటి అసాధారణత' (anomaly of water) అని అంటారు.
విస్తరణ
మీరు విద్యుత్ కేబుళ్లను దగ్గరగా గమనిస్తే, అవి వదులుగా ఉండటం వల్ల కిందికి వంగి ఉండటాన్ని మీరు గమనిస్తారు. విద్యుత్ కేబుళ్లను కేవలం బిగించకుండా, ఉద్దేశపూర్వకంగా ఎందుకు వదులు చేస్తారు? తూర్పు నుసా తెంగారాలోని ఫ్లోరెస్ మరియు లెంబటాలో చాలా పైకప్పులు జింక్ (Zn) తో తయారు చేయబడ్డాయి. పగలు లేదా రాత్రి సమయంలో, జింక్ పైకప్పులు శబ్దం చేస్తాయి. జింక్ ఎందుకు శబ్దం చేస్తుంది? మీరు జావా ద్వీపంలో నివసిస్తుంటే, మీరు రైలు పట్టాలను గమనించి ఉండవచ్చు. రైలు జాయింట్ల వద్ద ఖాళీలు ఉంటాయి. రైలు జాయింట్ల వద్ద ఉండే ఈ ఖాళీల పని ఏమిటి? వ్యాకోచం అనే అంశానికి సంబంధించి మీరు ఆలోచించగల మరియు అడగగల విషయాలు చాలా ఉన్నాయి.
గ్యాస్ థర్మామీటర్
మనం పాదరస థర్మామీటర్ మరియు ఆల్కహాల్ థర్మామీటర్ వంటి వివిధ రకాల థర్మామీటర్లను క్రమాంకనం (క్యాలిబ్రేట్) చేస్తే , ఆ రెండు థర్మామీటర్ల స్కేళ్ళు కేవలం 0 ° C (లేదా 32 ° F) మరియు 100 ° C (లేదా 212 ° F) వద్ద మాత్రమే ఒకేలా ఉంటాయి. మనం గాలి ఉష్ణోగ్రతను కొలవడానికి ఈ రెండు థర్మామీటర్లను ఉపయోగిస్తే, ప్రతి థర్మామీటర్ చూపించే సంఖ్యలు తప్పనిసరిగా ఒకేలా ఉండవు. ఉదాహరణకు, పాదరస థర్మామీటర్ 48 ° C చూపిస్తుండగా, ఆల్కహాల్ థర్మామీటర్ 46 ° C చూపించవచ్చు. దీనికి కారణం పాదరసం మరియు ఆల్కహాల్ యొక్క వ్యాకోచ రేటు భిన్నంగా ఉండటమే. అదేవిధంగా, బైమెటాలిక్ థర్మామీటర్లు మొదలైన ఇతర రకాల థర్మామీటర్ల విషయంలో కూడా ఇదే జరుగుతుంది. ఈ విధంగా నిర్ధారించబడిన ఉష్ణోగ్రత స్కేల్, ఉపయోగించిన పదార్థాల లక్షణాలపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటుంది.