न्यूटन के गति के नियम

सदियों से भौतिक विज्ञानी प्रकृति के यांत्रिकी और हमारे आस-पास की चीजों को समझने की कोशिश कर रहे हैं। प्रसिद्ध यूनानी विचारक अरस्तू ने गति के कुछ विचार प्रतिपादित किए थे। आखिरकार, गैलीलियो जड़ता के विचार के साथ आया जिसने अरस्तू के यांत्रिकी को गलत साबित कर दिया। भौतिक विज्ञानी आइजैक न्यूटन ने गति के प्रसिद्ध तीन कानूनों को बनाने के लिए गैलीलियो के विचारों पर निर्माण किया, जिन्हें न्यूटन के गति के नियम कहा जाता है। इस न्यूटन के गति के नियम लेख में हम न्यूटन के इन नियमों को विस्तार से देखेंगे।

न्यूटन के गति के नियम

न्यूटन की गति का प्रथम नियम

न्यूटन की गति का पहला नियम गैलीलियो के जड़त्व के नियम पर आधारित है। गैलीलियो ने देखा था कि एक पिंड अपनी वर्तमान स्थिति (विश्राम या एकसमान गति की) को तब तक नहीं बदलता जब तक कि कोई बाहरी असंतुलित बल उसे ऐसा करने के लिए मजबूर न करे। इसके आधार पर, न्यूटन का गति का पहला नियम कहता है:

“जब तक किसी बाहरी बल द्वारा अन्यथा कार्य करने के लिए मजबूर नहीं किया जाता है, तब तक एक शरीर एक सीधी रेखा में आराम या एकसमान गति की स्थिति में रहता है।”

चाहे कोई पिंड आराम की स्थिति में हो या एकसमान गति में, त्वरण शून्य होता है। अतः न्यूटन के प्रथम नियम को इस प्रकार भी लिखा जा सकता है:

“यदि किसी पिंड पर शुद्ध बाह्य बल शून्य है, तो उसका त्वरण शून्य है। त्वरण गैर-शून्य तभी हो सकता है जब शरीर पर शुद्ध बाहरी बल हो।”

विचार करने के लिए दो परिदृश्य हैं: न्यूटन के गति के नियम

  • हम जानते हैं कि किसी पिंड पर कुल बाह्य बल शून्य है
  • हम नहीं जानते कि शुद्ध बाह्य बल शून्य है या नहीं, लेकिन पिंड गतिहीन है

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स्थिति I. किसी पिंड पर कुल बाह्य बल शून्य है

यदि हम जानते हैं कि किसी पिंड पर कुल बाह्य बल शून्य है, तो हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि इसका त्वरण शून्य है।

उदाहरण 1: न्यूटन के गति के नियम

अंतरिक्ष में एक अंतरिक्ष यान की कल्पना करें, अन्य सभी वस्तुओं से दूर और उसके रॉकेट बंद हो गए। अंतरिक्ष में, कोई बाहरी ताकतें इस पर काम नहीं कर रही हैं। इसलिए, न्यूटन के पहले नियम के अनुसार, अंतरिक्ष यान का त्वरण शून्य है। इसलिए, यदि यह गति में है, तो यह एकसमान वेग से चलती रहेगी।

केस II। हम नहीं जानते कि शुद्ध बाह्य बल शून्य है या नहीं, लेकिन पिंड गतिहीन है

एक निश्चित समय में शरीर पर कार्य करने वाली सभी शक्तियों को समझना बहुत कठिन है। तथापि, यदि हम जानते हैं कि पिंड या तो विरामावस्था में है या एकसमान रेखीय गति (अत्वरित) में है, तो हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि पिंड पर कार्य करने वाला शुद्ध बाह्य बल शून्य है।

पृथ्वी पर गुरुत्वाकर्षण सभी पिंडों को प्रभावित करता है। साथ ही, गतिमान पिंड घर्षण, श्यान खींचने आदि का अनुभव कर सकते हैं। इसलिए, यदि कोई पिंड पृथ्वी पर विरामावस्था में है या एकसमान रेखीय गति की स्थिति में है, तो इसका कारण यह है कि उस पर कार्य करने वाले विभिन्न बाहरी बलों का योग शून्य हो जाता है।

उदाहरण 2: न्यूटन के गति के नियम

इस किताब पर दो बाहरी ताकतें काम कर रही हैं: न्यूटन के गति के नियम

  • गुरुत्वाकर्षण या उसका भार (W), नीचे की ओर कार्य करता है
  • सामान्य बल (R), ऊपर की ओर कार्य करता है। R एक स्व-समायोजन बल भी है।

हम पुस्तक पर कार्य करने वाली सभी शक्तियों से अवगत नहीं हैं, लेकिन हम जानते हैं कि यह विरामावस्था में है। इसलिए, न्यूटन के पहले नियम का उपयोग करते हुए, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि R, W के बराबर है। इसलिए, हम कहते हैं: ‘न्यूटन के गति के पहले नियम के अनुसार चूँकि पुस्तक विरामावस्था में है, इसलिए उस पर लगने वाला शुद्ध बाह्य बल शून्य होना चाहिए। इसलिए, सामान्य बल भार (W) के बराबर और विपरीत होता है।

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न्यूटन का गति का दूसरा नियम

इससे पहले कि हम पहले नियम को देखें, आइए संवेग की अवधारणा को समझते हैं।

  • गति
  • किसी पिंड का संवेग उसके द्रव्यमान और वेग का गुणनफल होता है।

पी = एमवी … (1)

जहाँ p = संवेग, m = पिंड का द्रव्यमान और v = पिंड का वेग। संवेग एक सदिश राशि है; यह दिशा पर निर्भर है। गति पर बल के प्रभाव के अध्ययन में यह एक महत्वपूर्ण मात्रा है। यहां कुछ उदाहरण दिए गए हैं:

  • यदि एक हल्के और भारी वाहन को क्षैतिज सड़क पर खड़ा किया जाता है और उन्हें गति में लाने के लिए धक्का देना पड़ता है, तो भारी वाहन को एक ही समय में दोनों को समान गति में लाने के लिए हल्के वाहन की तुलना में बहुत अधिक बल की आवश्यकता होगी। . साथ ही, इन वाहनों को रोकने के लिए, भारी वाहनों को रोकने के लिए अधिक विरोधी बल की आवश्यकता होती है।
  • क्या होता है जब आप एक आदमी पर बंदूक से गोली चलाते हैं? गोली रुकने से पहले उसके ऊतकों को छेद देगी, है ना? यदि वही गोली आधी गति से चलाई जाए तो क्या होगा? हो सकता है कि इससे इतना नुकसान न हो। इसलिए, समान द्रव्यमान के लिए, शरीर को अधिक गति से आगे बढ़ने पर रोकने के लिए अधिक विरोधी बल की आवश्यकता होती है।

यदि हम इन दोनों उदाहरणों को एक साथ लें, तो हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि द्रव्यमान और गति गति के संगत चर हैं।

अवलोकन: न्यूटन के गति के नियम

ध्यान देने योग्य बात यह है कि यदि आप अलग-अलग द्रव्यमान वाले दो पिंडों पर समान बल लगाते हैं, तो हल्का पिंड शुरू में अधिक गति प्राप्त करेगा लेकिन अंततः दोनों पिंड समान गति प्राप्त करेंगे।

एक समान गति के साथ क्षैतिज विमान में एक स्ट्रिंग की मदद से हवा में एक पत्थर को घुमाने की कल्पना करें। चूंकि पत्थर का द्रव्यमान और गति समान है, इसलिए इसका संवेग निश्चित है। हालाँकि, इसकी दिशा बदल जाती है जिससे संवेग वेक्टर में परिवर्तन होता है। इसलिए, पत्थर को वृत्ताकार गति में रखने के लिए आपके हाथ से बल लगाने की आवश्यकता है।

इन प्रेक्षणों के आधार पर न्यूटन ने गति का द्वितीय नियम प्रतिपादित किया: न्यूटन के गति के नियम

“किसी पिंड के संवेग परिवर्तन की दर लागू बल के सीधे आनुपातिक होती है और उस दिशा में होती है जिसमें बल कार्य करता है।”

यह नियम समीकरण F = kma द्वारा निरूपित किया जाता है, जहाँ F किसी पिंड पर कार्य करने वाला शुद्ध बाह्य बल है, k आनुपातिकता का स्थिरांक है, m वस्तु का द्रव्यमान है, और a त्वरण है। SI प्रणाली में, एक इकाई बल वह होता है जो 1 m/s2 के द्रव्यमान को 1 kg के त्वरण का कारण बनता है। इस इकाई को न्यूटन कहते हैं। इसलिए, 1N = 1 किग्रा m/s2।

याद दिलाने के संकेत: न्यूटन के गति के नियम

  • एफ में आंतरिक बल शामिल नहीं हैं।
  • गति के इतिहास से त्वरण निर्धारित नहीं होता है
  • यदि F = 0 है, तो त्वरण (a) भी शून्य है। इसलिए, दूसरा कानून पहले कानून के अनुरूप है।
  • यह एक सदिश नियम है और इसे तीन सदिश घटकों के लिए तीन समीकरणों में विभाजित किया जा सकता है।

न्यूटन की गति का तीसरा नियम

जबकि दूसरा नियम किसी पिंड पर बाहरी बल को उसके त्वरण से जोड़ता है, एक प्रश्न जो अनुत्तरित रहता है वह है शरीर पर बाहरी बल की उत्पत्ति। न्यूटोनियन यांत्रिकी के अनुसार, बाहरी बल हमेशा किसी अन्य शरीर के कारण उत्पन्न होता है।

न्यूटन के अनुसार, प्रकृति में बल कभी भी अकेले नहीं हो सकता; यह दो निकायों के बीच पारस्परिक संपर्क है। इसने न्यूटन के गति के तीसरे नियम का आधार बनाया जिसमें कहा गया है:

“हर क्रिया के लिए हमेशा एक समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है।”

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तीसरे नियम के बारे में याद रखने के लिए यहां कुछ बिंदु दिए गए हैं: न्यूटन के गति के नियम

बल हमेशा जोड़े में होते हैं। वस्तु A द्वारा वस्तु B पर लगाया गया बल, A द्वारा B पर लगाए गए बल के बराबर और विपरीत है।
कानून द्वारा निहित कोई कारण-प्रभाव संबंध नहीं है। उस मामले के लिए, ए पर बी द्वारा और बी पर ए द्वारा बल एक ही पल में लगाया जाता है।
ये बल दो अलग-अलग निकायों पर लागू होते हैं। हालाँकि, यदि दो निकाय एक प्रणाली के घटक हैं, तो वे एक अशक्त बल देने के लिए जोड़ सकते हैं।

आइए अब ऊपर अध्ययन किए गए न्यूटन के नियमों पर कुछ और उदाहरण देखें।

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FAQs

बारिश की एक बूंद निरंतर गति से नीचे गिर रही है,

चूँकि वर्षा की बूंद स्थिर गति से गिर रही है, इसका त्वरण शून्य है। अतः न्यूटन के द्वितीय नियम के अनुसार वर्षा की बूंद पर लगने वाला शुद्ध बल शून्य होता है।

10 ग्राम द्रव्यमान का एक कॉर्क पानी पर तैरता है,

कॉर्क का भार नीचे की दिशा में कार्य कर रहा है और पानी का उत्प्लावन बल ऊपर की दिशा में कार्य कर रहा है। अत: नेट बल शून्य है।

पतंग को कुशलता से आकाश में स्थिर रखा,

चूँकि पतंग आकाश में स्थिर है, न्यूटन के प्रथम नियम का तात्पर्य है कि पतंग पर कोई बाहरी बाहरी बल कार्य नहीं कर रहा है।

उबड़-खाबड़ सड़क पर 30 किमी/घंटा के निरंतर वेग से चलती कार,

चूंकि कार का वेग स्थिर है, इसलिए कार का कोई त्वरण नहीं है। अतः न्यूटन के द्वितीय नियम के अनुसार कार पर लगने वाला कुल बल शून्य है।

अंतरिक्ष में एक उच्च गति वाला इलेक्ट्रॉन सभी भौतिक वस्तुओं से दूर है, और विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों से मुक्त है।

चूँकि उच्च गति वाला इलेक्ट्रॉन सभी क्षेत्रों से मुक्त होता है, इसलिए उस पर कार्य करने वाला शुद्ध बल शून्य होता है।

यह न्यूटन के गति के नियम विषय पर हमारी चर्चा को समाप्त करता है।

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