4 महत्वपूर्ण प्रकार के बल (आरेख के साथ समझाया गया)
बल के कुछ सबसे महत्वपूर्ण प्रकार इस प्रकार हैं: 1. घर्षण बल 2. चुंबकीय बल 3. इलेक्ट्रोस्टैटिक बल 4. गुरुत्वाकर्षण बल।
अब तक हमने इस बात पर चर्चा की है कि हम अपनी खुद की मांसपेशियों के निष्पादन के द्वारा किस तरह का बल लागू करते हैं। धीरे-धीरे बोलना, हम इस मांसपेशियों को बल कह सकते हैं। इस प्रकार का बल केवल तभी कार्य कर सकता है जब वह किसी निकाय के संपर्क में हो। उदाहरण के लिए, जब तक आपके हाथ इसके संपर्क में नहीं होते, तब तक आप फर्श के साथ एक मेज को धक्का नहीं दे सकते।
यही कारण है कि इस प्रकार के बल को संपर्क बल कहा जाता है। कुछ बल हैं जो शरीर पर दूर से कार्य कर सकते हैं। ऐसी ताकतों को नॉनकॉन्टैक्ट फोर्स कहा जाता है। इससे पहले कि हम ऐसी ताकतों पर चर्चा करें, हम एक बहुत ही महत्वपूर्ण संपर्क बल का अध्ययन करें, जिसे घर्षण बल कहा जाता है।
1. घर्षण बल:
आपने सीखा है कि गति में शरीर की गति को रोकने के लिए एक बल की आवश्यकता होती है। फिर एक बार एक धक्का देने के बाद भी झूला क्यों नहीं चलता? और जब आप इसे लात मारते हैं, तो एक गेंद को अंतहीन रूप से रोल नहीं किया जाता है, भले ही इसे रोकने के लिए कोई बल क्यों न लगाया गया हो?
ऐसा इसलिए है क्योंकि जब (एक की सतह) एक शरीर दूसरे पर चलता है, तो घर्षण बल गति के विपरीत दिशा में कार्य करता है। घर्षण बल हमेशा गति का विरोध करता है, एक सतह की गति को दूसरे पर रोकने की कोशिश करता है। हालांकि, घर्षण बल कितना महान है यह संपर्क में दो सतहों की प्रकृति पर निर्भर करता है।
निम्न गतिविधि करने के बाद यह स्पष्ट हो जाएगा।
लकड़ी या ईंट के ब्लॉक पर कार्डबोर्ड या प्लाईवुड की एक पट्टी का एक छोर रखें। जैसा कि चित्र 8.5 में दिखाया गया है, दूसरे छोर को फर्श पर रखें। शीर्ष के पास एक छोटी रबर की गेंद रखें, और इसे फर्श पर नीचे रोल करें। ध्यान दें कि गेंद फर्श के साथ यात्रा करती है।
इस गतिविधि को विभिन्न प्रकार के फर्श (उदाहरण के लिए, एक टाइल वाली मंजिल और एक कालीन वाली मंजिल) पर आज़माएं। ध्यान दें कि गेंद हर बार यात्रा करती है। हर बार एक ही कोण पर झुके हुए कार्डबोर्ड को रखने की कोशिश करें। आप देखेंगे कि गेंद एक चिकनी मंजिल पर आगे की यात्रा करती है।
कोई भी सतह पूरी तरह से चिकनी नहीं है। यहां तक कि सबसे चिकनी सतह में छोटे धक्कों और छेद होते हैं। जब दो सतहें एक दूसरे के ऊपर जाती हैं, तो दोनों तरफ के धक्के और छेद एक दूसरे के रास्ते में आ जाते हैं। यही कारण है कि घर्षण होता है। जाहिर है, सतह चिकनी, कम घर्षण बल है। यही कारण है कि एक गेंद एक फर्श पर एक कालीन फर्श की तुलना में अधिक दूरी की यात्रा करती है।
स्थैतिक और काइनेटिक घर्षण :
घर्षण बल केवल संपर्क में सतहों की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है। यह इस बात पर भी निर्भर करता है कि कोई चीज सतह पर घूम रही है या स्थिर है।
गतिविधि:
किसी तालिका की सतह पर एक भारी शब्दकोश को धकेलने का प्रयास करें। एक या दो उंगलियों का उपयोग करके, धीरे से पहले धक्का दें। आप घर्षण प्रतिरोध महसूस करेंगे। जब तक डिक्शनरी शुरू नहीं होती, तब तक लागू रहने वाले बल को बढ़ाते रहें। क्या घर्षण, या घर्षण बल द्वारा प्रस्तुत प्रतिरोध पुस्तक घटने के समय कम होने लगता है?
जब किसी निकाय को स्थानांतरित करने के लिए बल लागू किया जाता है, तो घर्षण बल आंदोलन का प्रतिरोध करता है। जैसे-जैसे बल बढ़ता है, घर्षण बल भी बढ़ता जाता है, जब तक कि लागू बल घर्षण बल से अधिक नहीं हो जाता। जिस तरह लागू बल घर्षण बल से अधिक हो जाता है, वैसे ही शरीर हिलना शुरू हो जाता है।
और जैसे-जैसे शरीर हिलने लगता है, घर्षण बल कम होता जाता है। यह ऐसा है जैसे कि घर्षण बल में सीमित शक्ति होती है, और जब तक लागू बल इस सीमा को पार नहीं करता है, तब तक घर्षण बल अपनी मांसपेशियों को फ्लेक्स करता है और एक धमकाने की तरह कार्य करता है। जब बल लागू होता है तो इस सीमा को पार करने के लिए, घर्षण बल दिल खो देता है और कमजोर हो जाता है।
इस संदर्भ में दो बातें याद रखें।
1. एक शरीर तब चलना शुरू करता है जब लागू बल घर्षण बल से अधिक होता है।
2. स्थैतिक घर्षण, जो तब कार्य करता है जब कोई शरीर स्थिर होता है, गतिज घर्षण से अधिक होता है, जो शरीर के हिलने पर काम करता है।
जब घर्षण सहायक होता है :
घर्षण के बिना जीवन काफी असंभव होगा। आप उदाहरण के लिए, चलने में सक्षम नहीं होंगे। यह आपके पैरों या जूते के फर्श और तलवों के बीच का घर्षण है जो आपको आराम से चलने की अनुमति देता है। बिना घर्षण के, आप फिसलेंगे, जितना आप एक नई पॉलिश फर्श, एक केले की त्वचा पर, या जब कोई व्यक्ति फर्श पर पानी बिखेरता है।
इसी तरह, टायर और सड़क के बीच घर्षण के बिना, वाहन स्किड हो जाते हैं, जिस तरह से वे कभी-कभी गीली सड़कों (पानी और बर्फ कम घर्षण) पर करते हैं। वाहन के ब्रेक घर्षण द्वारा भी काम करते हैं। जब चालक ब्रेक पेडल पर दबाता है, तो ब्रेक जूते पहियों के पीछे किसी न किसी सतह के खिलाफ रगड़ते हैं। यह घर्षण पैदा करता है, जो पहियों को धीमा कर देता है।
जब आप एक पेंसिल के साथ लिखते हैं, तो आपकी पेंसिल के बिंदु और कागज के बीच घर्षण टिप से कार्बन रगड़ के छोटे कण बनाता है और कागज पर एक निशान छोड़ देता है। बिना घर्षण के लिखना असंभव होगा - एक पेंसिल के साथ ग्लास पर लिखने की कोशिश करें। मैच को हल्का करने के लिए आपको घर्षण की आवश्यकता होती है। यदि आप एक चिकनी सतह पर एक मैच मारते हैं, तो यह प्रकाश नहीं करेगा।
जब घर्षण के कारण समस्याएं होती हैं :
घर्षण सतहों को खराब कर देता है। आपके जूते के तलवे घर्षण के कारण खराब हो जाते हैं। इसलिए विभिन्न मशीन पार्ट्स करें जो एक दूसरे के खिलाफ रगड़ते हैं। आप अपने लिए देख सकते हैं कि पहले कागज पर और फिर सैंडपेपर पर इरेज़र को रगड़ने से घर्षण कैसे कम होता है। सैंडपेपर इरेज़र को बहुत तेज़ी से नीचे गिराएगा क्योंकि यह मोटा है।
घर्षण से ऊर्जा भी बर्बाद होती है। जब आप एक साइकिल की सवारी करते हैं, उदाहरण के लिए, आप ऊर्जा का उपयोग साइकिल के चलने वाले हिस्सों के साथ-साथ हवा के साथ घर्षण को दूर करने के लिए करते हैं।
जैसे ही आप हवा के माध्यम से अपना रास्ता धक्का देते हैं, वायु प्रतिरोध नामक एक घर्षण बल आपके आंदोलन का विरोध करता है। आप जितनी तेज़ी से आगे बढ़ते हैं, प्रतिरोध उतना ही अधिक होता है, जब तक कि इस प्रतिरोध को दूर करने के लिए आपकी सभी ऊर्जा का उपयोग नहीं किया जाता है। आप इस बिंदु से आगे नहीं बढ़ सकते।
घर्षण का एक और नुकसान यह है कि यह गर्मी उत्पन्न करता है। जब आप एक दूसरे के खिलाफ अपनी हथेलियों को रगड़ते हैं, तो आप घर्षण से उत्पन्न गर्मी को महसूस कर सकते हैं। जब आप एक मैच पर हमला करते हैं, तो घर्षण से उत्पन्न गर्मी मैच को जलाने में मदद करती है। घर्षण से उत्पन्न गर्मी मशीनों को नुकसान पहुंचा सकती है, इसलिए तापमान को नीचे लाने के लिए शीतलक का उपयोग किया जाता है।
घर्षण को कम करना:
चूंकि घर्षण ऊर्जा बर्बाद करता है, मशीन के पुर्जे खराब हो जाते हैं और हीटिंग का कारण बनता है, इंजीनियर हमेशा घर्षण को कम करने की कोशिश करते हैं। घर्षण को कम करने का एक तरीका यह है कि संपर्क में सतहों को पॉलिश करके सुचारू बनाया जाए। एक और तरीका है तेल लगाना।
तेल एक मशीन में एक दूसरे के खिलाफ जाने वाली सतहों पर डेंट को भरने से घर्षण कम करता है (यही कारण है कि लोग तेल चक्र और सिलाई मशीन)। यह उनके बीच एक फिल्म बनाकर सतहों के बीच सीधे संपर्क को भी रोकता है।
घर्षण को कम करने का एक अन्य तरीका बॉल बेयरिंग या रोलर बेयरिंग का उपयोग करना है। बीयरिंग कई आकारों और आकारों में आते हैं और विशेष रूप से घर्षण को कम करने के लिए उपयोग किया जाता है जब एक छड़ छेद के अंदर घूमता है, जैसे कि साइकिल के पहिए में। व्हील हब और साइकिल के एक्सल के बीच इस्तेमाल होने वाले छोटे स्टील के गोले हैं। निम्नलिखित गतिविधि आपको यह समझने में मदद करेगी कि बॉल बेयरिंग घर्षण को कम करने में कैसे मदद करता है।
गतिविधि:
फर्श पर एक भारी कार्टन या सूटकेस को धकेलने की कोशिश करें। फिर एक वयस्क से पूछें कि आप कार्टन के नीचे दो छड़ (जैसे, पर्दे की छड़) रखने में मदद करें और उसे फिर से धक्का दें। आप एक भारी किताब के नीचे पेंसिल या मोमबत्तियाँ भी रख सकते हैं और इसे एक मेज की सतह पर ले जाने की कोशिश कर सकते हैं। जब आप इसके नीचे 'रोलर्स' रखते हैं, तो कार्टन या किताब को स्थानांतरित करना आसान होगा।
ऐसा इसलिए है क्योंकि रोलिंग घर्षण फिसलने वाले घर्षण से कम है। दूसरे शब्दों में, जब एक सतह दूसरे पर लुढ़कती है तो घर्षण बल अधिक होता है।
यही कारण है कि बॉल बेयरिंग, जो रोल करने के लिए स्वतंत्र हैं, मशीनों के चलती भागों के बीच रखे जाते हैं। यही कारण है कि सूटकेस और टीवी ट्रॉलियों के नीचे पहिए हैं। वास्तव में, पहिया का आविष्कार इस खोज का परिणाम था कि रोलिंग घर्षण फिसलने वाले घर्षण से कम है। लोगों ने देखा होगा कि स्लेज के नीचे लॉग्स रखने से स्लेड्स को धक्का देना आसान हो जाता है। तब उन्होंने किसी न किसी तरह के पहियों को लॉग से निकाल कर अपनी गाड़ियों में तय कर लिया होगा।
व्यवस्थित बनाने:
हवा और पानी भी आंदोलन को प्रतिरोध प्रदान करते हैं। प्रकृति के उड़ने वाले (पक्षी) और तैराक (मछली) इस प्रतिरोध को कम करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। उनके पास क्या है जिसे सुव्यवस्थित निकाय कहा जाता है। एक सुव्यवस्थित शरीर में चिकनी रूपरेखा होती है।
जब इस तरह का शरीर पानी या हवा के माध्यम से चलता है, तो यह पानी या हवा के प्राकृतिक प्रवाह को जितना संभव हो उतना कम परेशान करता है। यह हवा या पानी द्वारा अपने आंदोलन की पेशकश की प्रतिरोधक क्षमता को कम कर देता है। कारों, एयरो विमानों और जहाजों को सुव्यवस्थित निकायों के लिए डिज़ाइन किया गया है।
बढ़ते घर्षण:
कुछ स्थितियों में, घर्षण बढ़ाने के लिए यह हमारे लिए फायदेमंद है। हमारे जूते के तलवों और वाहनों के टायर, उदाहरण के लिए, घर्षण को बढ़ाने के लिए खांचे होते हैं। यदि वे चिकने होते, तो फिसलने या स्किडिंग का खतरा होता।
एथलीटों और पर्वतारोहियों द्वारा पहने जाने वाले जूतों की पकड़ में सुधार के लिए नीचे की तरफ स्पाइक्स हैं। साइकिल के पैडल, कार का स्टीयरिंग व्हील, चाकू का हैंडल, आप कई उदाहरणों के बारे में सोच सकते हैं जहां घर्षण को बढ़ाने के लिए सतहों को मोटा बनाया जाता है।
2. चुंबकीय बल:
लोहे से बनी चीजें चुंबक द्वारा आकर्षित होती हैं। जिस बल के साथ एक चुंबक ऐसी चीजों को आकर्षित करता है उसे चुंबकीय बल कहा जाता है, और घटना को चुंबकत्व कहा जाता है। आपने देखा होगा कि किसी चुंबक को आकर्षित करने के लिए लोहे से बनी किसी चीज के संपर्क में नहीं होना पड़ता है। मांसपेशियों के बल और घर्षण बल के विपरीत, चुंबकीय बल दूर से कार्य कर सकता है।
3. इलेक्ट्रोस्टैटिक बल:
यदि आप अपने बालों के माध्यम से एक कंघी चलाते हैं (बशर्ते कि वह सूखी हो) तो कुछ समय तक कंघी को कागज के छोटे टुकड़ों पर पकड़ें, वे कंघी की तरफ खिंच जाएंगे। जो बल कागज के टुकड़ों पर कार्य करता है, उसे इलेक्ट्रोस्टैटिक बल कहा जाता है। यह एक अन्य प्रकार का बल है जो दूर से कार्य कर सकता है। आप इसके बारे में एक और अध्याय में जानेंगे।
4. गुरुत्वाकर्षण बल:
आप जानते हैं कि गुरुत्वाकर्षण के बल से पृथ्वी पर या उसके आस-पास की हर चीज इस ओर आकर्षित होती है। जब आप इसे ऊपर की ओर मारते हैं तो यह एक गेंद बन जाती है। अगर गुरुत्वाकर्षण बल नहीं होता, तो गेंद तुरंत उड़ जाती। चंद्रमा भी गुरुत्वाकर्षण बल के साथ चीजों को अपने पास खींच लेता है। और इसलिए सभी अन्य ग्रह, सूर्य और सभी तारे हैं। वास्तव में, इस ब्रह्मांड में कोई भी दो पिंड गुरुत्वाकर्षण बल नामक बल द्वारा एक दूसरे को आकर्षित करते हैं।
इस कानून को अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी और गणितज्ञ सर आइजैक न्यूटन के सम्मान में न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के नियम कहा जाता है। आप आश्चर्यचकित हो सकते हैं कि आप अपने स्कूल बस को महसूस क्यों नहीं करते हैं या आपके सहपाठी आपको गुरुत्वाकर्षण बल के साथ आकर्षित करते हैं।
समस्या यह है कि गुरुत्वाकर्षण बल संबंधित दो निकायों के द्रव्यमान पर निर्भर करता है। और जब तक कि शरीर में से एक बहुत बड़े पैमाने पर नहीं होता, तब तक इसे महसूस नहीं किया जा सकता। इससे यह भी पता चलता है कि पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण बल चंद्रमा से बहुत अधिक क्यों है। ऐसा इसलिए है क्योंकि पृथ्वी का द्रव्यमान चंद्रमा की तुलना में बहुत अधिक है।
गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र:
जब हम किसी गेंद को ऊंचाई से गिराते हैं, तो इसे पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा नीचे खींच लिया जाता है, हालांकि गेंद पृथ्वी के संपर्क में नहीं होती है। इसका मतलब है कि पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण खिंचाव चुंबकीय और इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों की तरह दूरी पर काम कर सकता है। अब, क्या पृथ्वी गेंद पर सीधे बल लगाती है?
या क्या पृथ्वी इस बल को अप्रत्यक्ष रूप से उस चीज के माध्यम से लागू करती है जो गेंद के संपर्क में है? वैज्ञानिक दूसरा विकल्प पसंद करते हैं क्योंकि यह उन्हें कई प्राकृतिक घटनाओं का वर्णन करने की अनुमति देता है। वे कहते हैं कि किसी वस्तु का द्रव्यमान (जैसे पृथ्वी) वस्तु के चारों ओर एक गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र का निर्माण करता है। यह वह क्षेत्र है जो निकट और दूर की सभी वस्तुओं पर एक गुरुत्वाकर्षण बल लगाता है।
वजन:
आप अपनी पिछली कक्षा में पहले ही जान चुके हैं कि किसी पिंड का भार उसके द्रव्यमान पर निर्भर करता है। किसी पिंड का भार वास्तव में वह बल है जिसके साथ पृथ्वी उसे आकर्षित करती है। यदि पृथ्वी ने हमें आकर्षित नहीं किया, तो हम भारहीन होंगे, भले ही हमारे पास अभी भी वही द्रव्यमान होगा जो हमारे पास है।
स्प्रिंग बैलेंस एक उपकरण है जिसका उपयोग आप शरीर के वजन को मापने के लिए कर सकते हैं। निम्नलिखित गतिविधि आपको दिखाएगी कि कैसे। आप शरीर के वजन को मापने के लिए एक बीम बैलेंस का उपयोग नहीं कर सकते क्योंकि यह केवल मानक भार के ज्ञात द्रव्यमान के साथ शरीर के द्रव्यमान की तुलना करता है।
गतिविधि:
एक नाखून से एक वसंत लटकाएं और इसकी लंबाई पर ध्यान दें। यदि आप एक वसंत नहीं पा सकते हैं, तो एक विस्तृत लोचदार बैंड करेगा। वसंत के दूसरे छोर से एक छोटा पत्थर लटकाएं और इसकी लंबाई में वृद्धि पर ध्यान दें। एक बड़े पत्थर को लटकाएं और फिर से वसंत की लंबाई में परिवर्तन पर ध्यान दें। आप इस गतिविधि को विभिन्न आकारों के पत्थरों के साथ आज़मा सकते हैं।
आप देखेंगे कि पत्थर जितना बड़ा होगा, वसंत उतना ही बढ़ेगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक बड़े पत्थर का द्रव्यमान अधिक होता है, इसलिए इसे पृथ्वी द्वारा अधिक बल के साथ खींचा जाता है (गुरुत्वाकर्षण बल द्रव्यमान, याद पर निर्भर करता है)। यह वह सिद्धांत है जिस पर एक वसंत संतुलन काम करता है। यह शरीर के वजन को मापने के लिए चिह्नों के अनुसार होता है कि जब शरीर को हुक से लटका दिया जाता है तो उसके अंदर का वसंत कितना बढ़ जाता है।
यदि आप चंद्रमा पर 1-किलो द्रव्यमान का वजन माप सकते हैं, तो आपका वसंत संतुलन एक-छठा रीडिंग दिखाएगा, जो पृथ्वी पर दिखाई देता है। और बृहस्पति पर, पठन पृथ्वी पर दोगुना होगा। कई स्प्रिंग बैलेंस किलोग्राम में रीडिंग दिखाते हैं। चूंकि एक वसंत संतुलन एक शरीर के वजन या उस पर अभिनय करने वाले गुरुत्वाकर्षण के बल को मापता है, रीडिंग किलोग्राम-वजन (किलोग्राम-डब्ल्यूटी) या किलोग्राम-बल (किलोग्राम) में होनी चाहिए।
बल की इकाई:
100 ग्राम के द्रव्यमान पर गुरुत्वाकर्षण बल के बल और SI इकाई के बीच बहुत घनिष्ठ संबंध है, जिसे न्यूटन (प्रतीक: N) कहा जाता है। 100 ग्राम द्रव्यमान का वजन या उस पर गुरुत्वाकर्षण बल का कार्य 0.98 N है। इसलिए, 1 किलो द्रव्यमान का वजन = 9.8 N।
