भौतिकी सामान्य - सामान्य विज्ञान | विज्ञान और प्रौद्योगिकी (Science & Technology) for UPSC CSE PDF Download

प्रस्ताव

मोशन उस समय के दौरान एक भौतिक शरीर की स्थिति है जिसमें वह एक निश्चित बिंदु के संबंध में अपनी स्थिति बदलता है। गति एक सीधी रेखा (रैखिक गति) में हो सकती है, एक सर्कल (परिपत्र गति) के साथ एक घुमावदार रेखा (कोणीय गति) के साथ, वर्दी या गैर-वर्दी।

दूरी - समय ग्राफ

स्पीड

एक गतिमान पिंड की गति वह दर होती है जिस पर वह दूरी को कवर करता है, वह दूरी जो प्रति यूनिट समय कवर करती है।

गति की एसआई इकाई = मीटर / सेक।

वेग

इकाई समय अंतराल में किसी निर्दिष्ट दिशा में किसी वस्तु द्वारा तय की गई दूरी को वेग कहा जाता है।

वेग की SI इकाई = मीटर / सेक।

गति और वेग के बीच का अंतर यह है कि गति केवल चलती वस्तु द्वारा तय की गई दूरी को संदर्भित करती है जबकि वेग दिशा को भी ध्यान में रखता है।

त्वरण

किसी शरीर का वेग उसकी गति या दिशा या दोनों में परिवर्तन के कारण बदल जाता है। किसी पिंड के वेग के परिवर्तन की दर को उसका त्वरण कहा जाता है।

त्वरण की SI इकाई = मीटर / सेक ^२ ।

घूर्नन गति

(i)  1 रेडियन = 360 ° / (2 =) = 57.296 °

(ii)  वृत्ताकार पथ के बारे में एक पूर्ण क्रांति में एक पिंड की कोणीय स्थिति में 2 in रेडियन का परिवर्तन शामिल होता है। यदि कोई पिंड वृत्ताकार पथ में घूम रहा है, तो यह एक चक्कर के बाद अपनी मूल स्थिति में पहुंच जाएगा। इस प्रकार एक रोटेशन में विस्थापन शून्य होगा लेकिन यात्रा की गई दूरी परिधि के बराबर होगी।

वृत्ताकार पथ के साथ गतिमान पिंड के कोणीय विस्थापन की दर कोणीय वेग है। यह रोटेशन के अक्ष पर ऑब्जेक्ट को जोड़ने वाली रेखा द्वारा इकाई समय में बहने वाले कोण से मापा जाता है।

जड़ता

जड़ता और पदार्थ की मात्रा।सभी भौतिक निकायों की संपत्ति जिसके कारण वे स्वाभाविक रूप से आराम की स्थिति में या एकसमान रैखिक गति को जारी रखते हैं। एक निकाय के पास जड़ता को उसके द्रव्यमान के रूप में मापा जाता है। यह गैलीलियो था जिसने पहली बार जड़ता के कानून की खोज की थी ।

स्केलर और वैक्टर

• स्केलर  - एक स्केलर एक मात्रा है जिसमें केवल परिमाण होता है । उदाहरण: -मास, समय, घनत्व, तापमान इत्यादि।
• सदिश - एक सदिश एक मात्रा है जिसमें परिमाण के साथ-साथ दिशा भी है । उदाहरण: रैखिक विस्थापन, रैखिक वेग, बल, आदि।  एक सदिश को एक उपयुक्त रेखा के साथ एक सीधी रेखा द्वारा दर्शाया जाता है। रेखा पर एक तीर वेक्टर की दिशा का प्रतिनिधित्व करता है जबकि इस रेखा की लंबाई वेक्टर मात्रा के परिमाण के अनुपात में होती है (यानी, परिमाण का प्रतिनिधित्व करती है)।

                                             एक वेक्टर प्रतिनिधित्व

बल

बल वह क्रिया है जो किसी पिंड के विश्राम या एकसमान रेखीय गति की स्थिति में परिवर्तन या परिवर्तन करती है। यह एक सदिश राशि है और इसे F. द्वारा दर्शाया जाता है। जब कोई व्यक्ति एक गेंद को मारता है, तो उसका पैर गेंद पर एक बल लगाता है, जिससे वह हिलता है।

                                        सेंट्रीफ्यूगल बनाम सेंट्रिपेटल बल

सेंट्ररपेटल फ़ोर्स

किसी मंडल में स्थानांतरित होने के लिए एक केंद्र पर निर्देशित बल होना चाहिए। इसे सेंट्रिपेटल फोर्स कहा जाता है और एक परिपत्र गति में दिशा के निरंतर परिवर्तन का उत्पादन करने के लिए आवश्यक है।

चंद्रमा के मामले में, पृथ्वी और चंद्रमा के बीच गुरुत्वाकर्षण बल केन्द्रित बल के रूप में कार्य करता है।  जब एक स्ट्रिंग के अंत में बंधे एक पत्थर को एक सर्कल में घुमाया जाता है, तो स्ट्रिंग में खिंचाव सेंट्रिपेटल बल प्रदान करता है।

केन्द्रापसारक बल 

यह एक छद्म बल है और यह एक त्वरित (या घूर्णन) पर्यवेक्षक के लिए एक कण की गति का वर्णन करता है।

टकराव

घर्षण दो सतहों के बीच सापेक्ष गति का विरोध करने वाला बल है जो एक दूसरे के संपर्क में हैं। जब कोई सापेक्ष गति नहीं होती है, तब भी घर्षण बल सतहों के बीच मौजूद होते हैं।

घर्षण के लाभ 

एक घर्षण रहित दुनिया बिल्कुल भी सुविधाजनक नहीं होगी। बिना घर्षण के कुर्सी पर बैठना मुश्किल होगा। यह एक दीवार के खिलाफ सीढ़ी का समर्थन करने में मदद करता है, कारों और ट्रेनों को शुरू करने में मदद करता है। कार या किसी भी चलती डिवाइस के ब्रेक घर्षण पर निर्भर करते हैं।

घर्षण के नुकसान

मशीनों में घर्षण से ऊर्जा बर्बाद होती है। जैसे ही किसी की एक सतह को दूसरे के ऊपर ले जाया जाता है, कुछ ऊर्जा का उपयोग घर्षण (गर्मी ऊर्जा में विघटित) पर काबू पाने में किया जाता है। मशीनरी का घिसाव और आंसू अत्यधिक घर्षण का परिणाम है। तेल की कमी होने पर मोटर कार का इंजन जब्त कर लिया जाएगा। अत्यधिक घर्षण के कारण पिस्टन और सिलेंडर इतने गर्म हो जाते हैं कि वे एक साथ जाम हो जाते हैं।

रेखीय संवेग

यह एक पिंड के पास लीनियर मोशन का माप है। यह एक वेक्टर मात्रा है। 

गति = (शरीर का द्रव्यमान) x (रैखिक वेग)

इसे किलोग्राम-मीटर प्रति सेकंड (kgm / s) में मापा जाता है। इसकी दिशा शरीर  के रैखिक वेग के समान है। आवेग: प्रति इकाई समय में एक त्वरित या पतले शरीर में एक बल द्वारा उत्पन्न रैखिक गति का परिवर्तन आवेग है।

न्यूटन के गति के नियम

न्यूटन का पहला कानून (जड़ता का कानून)

" हर कोई अपनी सीधी स्थिति में या एक सीधी रेखा में एक समान गति से जारी रहता है जब तक कि बाहरी बल द्वारा अन्यथा कार्य करने के लिए मजबूर न किया जाए।"

कई घटनाएं इस कानून का वर्णन करती हैं। यदि कोई गतिमान वाहन अचानक रुक जाता है, तो उसके भीतर का यात्री सावधान हो जाता है, यदि वह सावधान नहीं है; ऐसा इसलिए होता है क्योंकि यद्यपि उनका पैर वाहन के फर्श के संपर्क में रहता है और अचानक आराम करने के लिए आता है, व्यक्ति के शरीर का ऊपरी हिस्सा आगे की गति को बनाए रखता है। 

न्यूटन के गति के पहले नियम का उदाहरणइसे पीट कर कालीन से धूल हटाना, लंबी छलांग लगाने से पहले तेज दौड़ना, गोली लगने पर खिड़की के शीशे में एक छोटा सा छेद बनाना आदि।

न्यूटन का दूसरा नियम

 "किसी पिंड के संवेग के परिवर्तन की दर लागू बल के समानुपाती होती है और बल जिस दिशा में कार्य करता है उसी दिशा में होता है।" 

गणितीय रूप से, न्यूटन के दूसरे नियम को F = ma के रूप में बताया गया है, जहाँ F = बल, m = द्रव्यमान, और a = त्वरण है। न्यूटन बल के परिमाण की SI इकाई है।
एक न्यूटन वह बल है जो एक किलोग्राम के द्रव्यमान में एक मीटर प्रति सेकंड की गति प्रदान करता है। यह एन द्वारा दर्शाया गया है। दूसरा कानून खेल में आता है जब वाहन पर ब्रेक लगाया जाता है, और वाहन को रोकने के लिए एक बड़ी डिकेलरेटिंग फोर्स बनाई जाती है। यह यह भी बताता है कि रेत में गिराई गई एक कांच की बोतल क्यों नहीं टूटेगी: उपज देने वाली रेत एक कठिन मंजिल की तुलना में कम मंदी की अनुमति देती है।

                                              न्यूटन का दूसरा नियम

न्यूटन का तीसरा नियम

यह कानून कहता है कि "प्रत्येक क्रिया के लिए, एक समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है।" 

यदि बॉडी A, बॉडी B पर एक बल लगाती है, तो B ए की समान रेखा के साथ A पर एक समान और विपरीत बल लगाता है। अगर हम बंदूक चलाते हैं, तो प्रक्षेप्य का आगे का हिस्सा पीछे की ओर से घूमता है, जो बंदूक की 'किक' या पुनरावृत्ति करता है। जब हम अपने हाथ से दीवार के खिलाफ धक्का देते हैं, तो दीवार हमारे हाथ पर समान मात्रा में बल लगाती है।

                                            न्यूटन का तीसरा नियम

दबाव

दबाव को प्रति यूनिट क्षेत्र में अभिनय करने वाले बल के रूप में परिभाषित किया गया है। दबाव की SI इकाई न्यूटन प्रति वर्ग मीटर या पास्कल (Pa) है।

                                                                            दबाव

शून्य दबाव

अंतरिक्ष के किसी दिए गए क्षेत्र में शून्य दबाव वह दबाव होता है जब सभी द्रव, जो दबाव का स्रोत होता है, उस क्षेत्र से हटा दिया गया है।
सही वैक्यूम में शून्य दबाव होता है। चूंकि चंद्रमा में कोई वायुमंडल नहीं है, इसलिए दबाव शून्य है। इंटरप्लेनेटरी स्पेस में भी शून्य दबाव होता है।

अनुमान दबाब

वायुमंडलीय दबाव के संबंध में मापा गया दबाव। 

काफी दबाव

दबाव शून्य दबाव के संबंध में मापा जाता है।

वायु - दाब

यह उन गैसों के वजन के कारण दबाव है जो हमारे आसपास के वातावरण को बनाते हैं। किसी दिए गए स्थान पर, वायुमंडलीय दबाव आवेदन के क्षेत्र के ऊपर हवा के स्तंभ के वजन (पृथ्वी के वायुमंडल के 'शीर्ष' तक) के कारण होता है। समुद्र-स्तर पर, वायु स्तंभ की ऊंचाई, और इसलिए वायुमंडलीय दबाव, अधिकतम है। समुद्र-स्तर से ऊपर किसी भी ऊंचाई पर, चाहे वह पहाड़ पर हो या हवाई जहाज में, वायु स्तंभ, और इसलिए वायुमंडलीय दबाव, समुद्र-स्तर से कम है।

एक वातावरण दबाव है जो समुद्री स्तर पर 0 ° C पर पारा 760 मिमी ऊँचा और 45 ° अक्षांश पर एक स्तंभ का समर्थन करता है। 1 एटीएम = 101325 पा । एक औसत आकार का व्यक्ति जिसकी सतह का क्षेत्रफल ² मी ^{2 है}20t या 200kN के क्षेत्र में किसी चीज के अपने शरीर पर कुल जोरदार अभिनय होगा। वह निश्चित रूप से इस भारी भार के प्रति सचेत नहीं है, क्योंकि उसका रक्त वायुमंडलीय दबाव से थोड़ा अधिक दबाव डालता है, और इसलिए एक संतुलन प्रभाव से अधिक है। अधिक ऊंचाई पर, जहां हवा का दबाव कम होता है, रक्त के अतिरिक्त दबाव के कारण नाक से रक्तस्राव हो सकता है। प्रत्येक 10.3 मीटर (लगभग 10 मीटर समुद्री जल में) गोताखोर उतरता है, उसके शरीर पर दबाव एक वातावरण से बढ़ता है। अधिक गहराई पर रहना खतरनाक है, क्योंकि उच्च दबाव के परिणामस्वरूप, रक्त में नाइट्रोजन की अधिकता घुल जाती है, और सतह पर लौटने पर रक्त में नाइट्रोजन के बुलबुले बन जाते हैं। ऐसी स्थिति गंभीर दर्द या यहां तक कि मृत्यु का कारण बनती है। 

यदि इस स्थिति को कहा जाता है, तो दर्दनाक गोताखोर के झुकने से स्वास्थ्य को होने वाला खतरा बहुत कम हो जाता है यदि गैस सिलेंडर में 8 प्रतिशत ऑक्सीजन और 9.2 प्रतिशत हीलियम का मिश्रण उपयोग किया जाता है। गोताखोर के सामने आने वाली समस्याओं के विपरीत, उच्च ऊंचाई पर उड़ान भरने वाले विमान में चालक दल और यात्रियों को कम वायुमंडलीय दबाव के कारण सांस लेने में कठिनाई और परिणामस्वरूप खतरे का अनुभव होगा। विमान पर दबाव डालने से समस्या दूर हो जाती है। सभी उद्घाटन सील कर दिए जाते हैं, और वायु पंपों के उपयोग से अंदर एक सामान्य वायुमंडलीय दबाव बनाए रखा जाता है।

तथ्यों को याद किया जाना चाहिए

• फोर्स की परिभाषा और व्युत्पत्ति न्यूटन के दूसरे नियम ऑफ मोशन से आती है।
• रॉकेट वाहनों और जेट विमानों की लॉन्चिंग न्यूटन के थर्ड लॉ ऑफ मोशन का अनुसरण करती है।
• एक ग्राम वजन 980 dynes के बराबर है।
• सीजीएस (सेंटी-ग्राम-सेकंड) प्रणाली में, बल की इकाई डायन है और एसआई या एमकेएस (मीटर-किलो-सेकेंड) प्रणाली, न्यूटन में।
• यदि चलती ट्रेन की खिड़की से किसी शव को गिरने दिया जाए, तो शरीर परवलयिक मार्ग का अनुसरण करने के बाद जमीन पर गिर जाएगा।
• एक शिकारी को अपनी बंदूक को लक्ष्य से थोड़ा अधिक निशाना लगाने के लिए निशाना बनाना चाहिए। क्योंकि गोली एक परवलयिक पथ पर चलती है। इसी तरह, प्रक्षेप्य में परवलयिक पथ होता है।
• यदि बर्फ का एक टुकड़ा पानी युक्त सिलेंडर में होता है, और बर्फ पूरी तरह से पिघल जाता है, तो पानी का स्तर अपरिवर्तित रहता है (आर्कमिडीज के सिद्धांत के अनुसार)।
• हाइड्रोमीटर तरल के सापेक्ष घनत्व को मापने का एक उपकरण है। हाइड्रोमीटर जितने गहरे तरल में तैरता है, उतना ही तरल का आपेक्षिक घनत्व होता है। किसी पदार्थ का घनत्व उस पदार्थ के एक इकाई आयतन का द्रव्यमान होता है।

तथ्यों को याद किया जाना चाहिए

• CGS System- इस प्रणाली में लंबाई की इकाई सेंटीमीटर है, द्रव्यमान की इकाई चना है और समय की इकाई दूसरी है। इसे फ्रेंच सिस्टम कहा जाता है।
• एफपीएस सिस्टम- इस प्रणाली में लंबाई की इकाई पैर है, द्रव्यमान की इकाई पाउंड है और समय की इकाई दूसरी है। इसे ब्रिटिश सिस्टम ऑफ यूनिट कहा जाता है।
• चाक- यह कई पदार्थों का मिश्रण है, जिसमें बड़ी मात्रा में कैल्शियम कार्बोनेट होता है।
• चूना- यह एक यौगिक है जिसका रासायनिक नाम कैल्शियम कार्बोनेट है।
• आराम- एक शरीर को आराम करने के लिए कहा जाता है जब वह आसपास की वस्तुओं के संबंध में अपनी स्थिति नहीं बदलता है।
• मोशन- किसी पिंड को गति में तब कहा जाता है जब वह आसपास की वस्तुओं के संबंध में अपनी स्थिति बदलता है।
• गति- यह वह दर है जिस पर शरीर किसी विशेष दिशा में गति करता है।
• वेग- यह वह दर है जिस पर शरीर किसी विशेष दिशा में गति करता है।
• शक्ति- यह काम करने की दर है, और यह उस दर को इंगित करता है जिस पर काम किया जाता है।
• ऊर्जा- किसी निकाय की ऊर्जा को कार्य करने की क्षमता के रूप में परिभाषित किया जाता है, और यह उस कार्य की कुल मात्रा को इंगित करता है जो एक शरीर करने में सक्षम है।
• समरूप वेग- यदि कोई पिंड समय के बराबर अंतराल में समान दूरी को कवर करता है, तो इसे एक समान वेग के साथ बढ़ना कहा जाता है।
• परिवर्तनीय वेग- यदि कोई शरीर असमान दूरी को समय के बराबर अंतराल में, या समय के असमान अंतराल में समान दूरी को कवर करता है। इसे एक चर वेग के साथ बढ़ना कहा जाता है।
• वेग-यह वह दर है जिस पर एक शरीर एक दिशा में चलता है।
• त्वरण- यह किसी पिंड के वेग के परिवर्तन की दर है।