गतिविषयक नियम (LAWS OF MOTION)
आपणास गती म्हणजे काय हे माहिती आहे. या प्रकरणात काही गतिविषयक नियम पाहायचे आहेत. हे नियम बल, जडत्व आणि संवेग या संज्ञेवर अवलंबून आहेत. सर्वप्रथम या संज्ञा स्पष्ट करू.
बल ( Force)
एखाद्या वस्तूची स्थिरता बदलायची असेल म्हणजेच ती गतिमान करायची असेल तर तिला बल लावावे लागेल.
यावरून बल म्हणजे अशी राशी जी वस्तूला गतिमान करण्यास कारणीभूत ठरते असे म्हणता येईल.
एखादी वस्तू गतिमान असेल आणि जर तिला स्थिर करायचे असेल तेव्हा सुद्धा बल आवश्यक आहे.
बल ही दोन वस्तुमधील आंतरक्रिया आहे. म्हणून ते डोळ्यांनी पाहू शकत नाही. तर तिचे परिणाम पाहू शकतो.
व्याख्या = ‘एखाद्या वस्तूच्या विराम अवस्थेत किंवा सरळ रेषेतील एकसमान गतीमान अवस्थेत बदल घडवून आणणारी किंवा बदल घडवून आणण्याची प्रवृत्ती असणारी राशी म्हणजे “बल” होय.
बलाचे वर्गीकरण
संतुलित बल (Balanced force)
एखादी वस्तू संतुलित असेल म्हणजेच स्थिर असेल तर तिच्यावर संतुलित बल प्रयुक्त असते.
उदा. एखाद्या टेबलवर वस्तू ठेवली असता ती स्थिर असते कारण तिच्यावर दोन सारखेच पणविरुद्ध दिशेने बल प्रयुक्त असते.
- एक म्हणजे लंबरूप खालच्या दिशेने गुरुत्वबल
- दुसरे म्हणजे टेबलाच्या पृष्ठभागाचे विरुद्ध बल
म्हणजेच स्थिर वस्तूवर संतुलित बल प्रयुक्त असते.
रस्सीखेच मध्ये दोन्ही संघाद्वारे लावलेले बल
2) असंतुलित बल (Unbalanced force)
जर एखाद्या वस्तुची जागा बदलायची असेल किंवा ती गतिमान करायची असेल तर त्या वस्तूवर असंतुलित बल लावावे लागते.
असंतुलित बलामुळे वस्तूच्या वेगात बदल होतो किंवा दिशा बदलते.
वस्तूच्या गतीला त्वरणित करण्यासाठी असंतुलित बल आवश्यक आहे.
उदा. स्थिर वस्तू विस्थापित करणे.
3) घर्षण बल (Frictional force)
घर्षणबल म्हणजे दोन पृष्ठभागावरील विरुद्ध दिशेने, दोन वस्तूच्या घर्षणामुळे तयार होणारे बल होय.
ज्यावेळी आपण जमिनीवरुन चालत असतो तेव्हा आपले पाय व जमीन या मध्ये घर्षणबल प्रयुक्त होते.
घर्षणबलाची दिशा ही वस्तूच्या गतीच्या दिशेच्या विरुध्द असते.
उदा.: जमिनीवर चालणे, ब्रेक लावताना चाक व रोग यातील घर्षण इत्यादी.
4) प्रतिक्रिया बल (Reaction force)
प्रतिक्रिया बल म्हणजे एखादी वस्तू गतिमान असताना तिला दुसऱ्या पृष्ठभागाने प्रयुक्त केलेले बल होय
उदा.: चेंडू जमिनीवर आदळला असता उंच उसळतो.
जडत्व (Inertia)
वस्तूची स्थिर अथवा गतिमान अवस्थेतील बदलाला विरोध करण्याची प्रवृत्ती म्हणजे “जडत्व” होय
थोडक्यात सांगायचे झाले तर जडत्व म्हणजे वस्तू ज्या अवस्थेत आहे ती त्याच अवस्थेत राहण्याचा प्रयत्न करते
स्थिर असेल तर गतिमानतेला विरोध करते.
गतिमान असेल तर स्थिर होण्यास विरोध करते.
जडत्वाचे प्रकार
1) विराम अवस्थेचे जडत्व (Inertia at Rest)
‘वस्तूच्या ज्या स्वाभाविक गुणधर्मामुळे ती विराम अवस्थेत बदल करू शकत नाही त्यास “विराम अवस्थेचे जडत्व” म्हणतात.
उदा :
अ) बस अचानक सुरु होते तेव्हा प्रवाशांना मागच्या दिशेला झटका बसतो.
ब) फांदी हलवल्यावर झाडावरुन फळ खाली पडते.
क) सतरंजी झटकल्यावर, धुळीचे कण विराम अवस्थेत राहतात.
2) गतीचे जडत्व (Inertia due to motion)
वस्तूच्या ज्या स्वाभाविक गुणधर्मामुळे गतिमान अवस्थेत बदल होऊ शकत नाही त्यास “गतीचे जडत्व” म्हणतात.
उदा : अ) विजेच्या पंख्याचे बटण बंद केले तरी काही काळ फिरत राहतो.
ब) चालत्या बसमधून उतरणारा प्रवाशी पुढच्या दिशेने ढकलला जातो.
क) बस अचानक थांबल्यावर प्रवाशांना पुढच्या दिशेने धक्का बसतो.
3) दिशेचे जडत्व (Inertia due to Direction)
वस्तूच्या ज्या स्वाभाविक गुणधर्मामुळे ती आपल्या गतीची दिशा बदलू शकत नाही. त्यास दिशेचे जडत्व म्हणतात.
उदा
अ) चाकूला धार करताना धार लावणार्‍या चाकाच्या स्पर्शरेषेवरून ठिणग्या उडताना दिसतात.
ब) वाहन गतिमान असताना चाकाला लागलेला चिखल चाकाच्या स्पर्शरेषेवरुन उडतो. त्यामुळे वाहनाना मडगार्डस बसविलेले असतात.
1) बलाचे सूत्र = वस्तुमान x त्वरण
Force = Mass x Acceleration
f = ma
SI पद्धतीत बलाचे एकक न्यूटन आहे.
न्यूटन = कि.ग्रॅ x मीटर / सेकंड 2 = kg. m/s2
CGS पद्धतीत बलाचे एकक = डाईन
डाईन = ग्रॅम x सेमी/ (सेकंद)2 = gm.cm/s2
न्यूटन = 105 डाईन
2) जडत्वाची संकल्पना गॅलिलिओ यांनी मांडली.
गॅलिलिओ बद्दल थोडक्यात
जन्म :- 15 फेब्रुवारी 1564, पिसा येथे.
गॅलिलिओ यांना गणितामध्ये आवड होती. परंतू त्यांनी वडिलांच्या इच्छेमुळे वैद्यकीय पदवीला प्रवेश घेतला होता, परंतु शिक्षण पूर्ण नाही झाले.
यांनी 1586 मध्ये स्वत:चे पहिले पुस्तक लिहीले. ‘The little Balance’ ज्यामध्ये त्यांनी आर्किमिडीज तत्व स्पष्ट केले.
यांनी उत्तम दर्जाची दूरदर्शन दुर्बिण (Telescope) बनविली.
यांनी इ.स. 1640 मध्ये पहिले पेन्डूलम घड्याळ बनविले.
3) जडत्व हे नेहमी वस्तूच्या वस्तुमानावर अवलबून असते. वस्तूचे वस्तुमान हे तिच्या जडत्वाचे निर्देशक असते.
4) वस्तुमान जेवढे जास्त तेवढेच जास्त जडत्व.
न्यूटनचे गतिविषयक नियम
सर आयझॅक न्यूटन
(25 डिसेंबर 1642 ते 20 मार्च 1727)
• आयझॅक न्यूटन एक महान प्रयोगशील भौतिकशास्त्रज्ञ तसेच महान गणिती होते.
न्यूटन याना महान कार्यासाठी सन 1705 मध्ये ‘सर’ हा इंग्लंडचा राजकिताब मिळाला.
1) न्यूटनचा गतिविषयक पहिला नियम (जडत्वाचा)
नियम – जर एखोद्या वस्तूवर कोणतेही बाह्य असंतलित बल कार्यरत नसेल तर तिच्या विराम अवस्थेत किंवा सरळ रेषेतील एकसमान गतीमध्ये सातत्य राहते.’
थोडक्यात गतीचा पहिला नियम हा जडत्वाची व्याख्या सांगतो.
जडत्वाचे सर्व उदाहरणे ही गतीच्या पहिल्या नियमात मोडतात.
2) न्यूटनचा गतिविषयक दुसरा नियम (संवेगाचा)
नियम- संवेग परिवर्तनाचा दर प्रयुक्त बलाशी समानुपाती (Directaly Proportional) असतो आणि संवेगाचे परिवर्तन बलाच्या दिशेने होते.
स्पष्टीकरण
संवेग (momentum) म्हणजे वस्तूमधील सामावलेली एकूण गती होय.
संवेग (p) = वस्तुमान x वेग
P = mv
SI पद्धतीत संवेगाचे एकक kgm/s
न्यूटनचा दुसरा नियम संवेग आणि बलाचा संबंध दर्शवतो.
अ) क्रिकेटमध्ये खेळाडू चेंडू झेलताना आपले हात मागे खेचतो. कारण त्याच्या हात आणि चेंडूची गती यांचा कालावधी वाढावा म्हणून. यामुळे चेंडूचा संवेग कमी होतो व हातावर आघात कमी होतो
ब) उंच उडी मारण्याच्या मैदानी खेळात खेळाडू जमिनीवर वाळूच्या जाड धरावर पडेल अशी व्यवस्था केलेली असते. त्यामुळे उडी मारल्यानंतर खेळाडूचा जमिनीवर पडण्याचा कालावधी वाढतो.
3) न्यूटनचा गतिविषयक तिसरा नियम (प्रतिक्रिया बलाचा)
नियम : प्रत्येक क्रियाबलास समान परिमाणाचे एकाच वेळी घडणारे प्रतिक्रिया बल अस्तित्वात असते व त्यांच्या दिशा परस्पर विरुध्द असतात.
स्पष्टीकरण
हा नियम बल हे दोन वस्तूंमधील अन्योन्य क्रिया आहे हे दर्शवते.
एक बल स्वतंत्रपणे कधीही अस्तित्वात नसते म्हणून दोन वेगवेगळ्या बलाला क्रिया बल (action force) आणि प्रतिक्रिया बल (Reaction force) असे नाव आहेत.
उदाहरणार्थ
1) जेव्हा बॅटने चेंडूला मारले जाते तेव्हा चेंडूसुध्दा समान प्रतिक्रिया बल विरुध्द दिशेने प्रयुक्त करतो. चेंडूवर प्रयुक्त झालेल्या बलामुळे त्याला जास्त वेग प्राप्त होतो तर प्रतिक्रिया बल बॅटवर प्रयुक्त झाल्यामुळे बॅटच्या पुढच्या दिशेने होणाऱ्या गतीचा वेग कमी होतो.
2) जेव्हा बंदूकीतून गोळी मारली जाते तेव्हा बंदूक गोळीवर बल प्रयुक्त करते आणि त्यामुळे गोळीला अधिक वेग प्राप्त होतो.
त्याचवेळी गोळी देखील समान बल विरुध्द दिशेने बंदुकीवर प्रयुक्त करते आणि बंदूक कमी वेगाने विरुध्द दिशेला गतिमान होते.
3) अग्निबाण (रॉकेट) च्या गतीसाठी वापरलेले तत्व न्यूटनच्या तिसऱ्या नियमावर आधारीत आहे. जेव्हा अग्निबाणातील इंधन
प्रज्वलित होते तेव्हा रासायनिक क्रियांमुळे त्याचे ज्वलन होते. ज्वलना द्वारे निर्माण झालेले उष्ण वायू अग्निबाणाच्या शेपटीकडील बाजूस असणाऱ्या लहान छिद्राद्वारे प्रचंड जोराने बाहेर जातात. या वायूंमुळे अग्निबाणावर तेवढ्याच परिमाणाचे बल विरुद्ध दिशेने प्रयुक्त केले जाते. याच प्रतिक्रिया बलाने अग्निबाण पुढच्या दिशेने प्रक्षेपित केला जातो.
संवेग अक्षय्यतेचा नियम (law of Conservation of momentum)
दोन वस्तूंची परस्पर क्रिया होत असताना त्यांच्यावर जर काही बाह्यबल कार्यरत नसेल तर त्यांचा एकूण संवेग स्थिर राहतो तो बदलत नाही’ किंवा
• जर दोन वस्तूंची टक्कर झाली तर त्यांच्या आघातापूर्वीचा एकूण संवेग हा त्यांच्या आघातानंतरच्या एकूण संवेग इतकाच असतो.
• हा न्यूटनच्या गतिविषयक तिसऱ्या नियमाचा उपसिद्धांत आहे.