गतीविषयक नियम

सूचना: संपूर्ण भौतिकशास्त्र व जीवशास्त्र अभ्यासण्यासाठी कृपया खालील बटनावर क्लिक करा.

बल आणि त्यामुळे घडणाऱ्या त्वरणासंबंधीचा अभ्यास प्रथम सर आयझॅक न्यूटन या शास्त्रज्ञाने केला.

बल(Force)

बल म्हणजे अशी राशी जी स्थिर वस्तूला गतिमान करते किंवा गतिमान वस्तूला स्थिर करते. म्हणजेच बल वस्तूची स्थिती बदलण्यास कारणीभूत ठरते. परंतु बल लावल्यास वस्तूची स्थिती बदलतेच असे नाही, कारण जर बल पुरेसे नसेल तर वस्तूची स्थिती बदलणार नाही. एखाद्या वस्‍तूवर एकापेक्षा अधिक बले प्रयुक्‍त असतील तर त्‍या वस्‍तूवर होणारा परिणाम हा त्‍यावर प्रयुक्‍त निव्‍वळ बलामुळे असतो.

उदा. एक छोटा मुलगा जर मजबूत भिंत ढकलण्याचा प्रयत्न करत असेल तर भिंतीची अवस्था बदलणार नाही पण मुलाने भिंत ढकलण्यासाठी बल लावलेलं आहे. आणि भिंतीची अवस्था बदलली नाही कारण बल अपुरे आहे.

१. संतुलित बल (Balanced Force)

एखादी वस्तू स्थिर असेल तर तिच्यावर संतुलित बल प्रयुक्त आहे असे म्हणतात.

उदा. टेबलवर ठेवलेले पुस्तक स्थिर अवस्थेत आहे. म्हणजेच त्यावर संतुलित बल प्रयुक्त आहे. या संतुलित बलाचे दोन भाग आहेत एक बल जे लंबरुप खालच्या दिशेने प्रयुक्त आहे. आणि दुसरे बल  जे टेबलाच्या पृष्ठभागाचे विरुद्ध दिशेने प्रयुक्त आहे. दोन्ही बल समान असल्यामुळे पुस्तक स्थिर अवस्थेत आहे.

  • जर वस्तू एकसमान गतीत असेल तर तिच्यावर सुद्धा संतुलित बल प्रयुक्त आहे असे म्हणतात.

२. असंतुलित बल (Unbalanced Force)

वस्तूची स्थिर स्थिती किंवा एकसमान गती अवस्था बदलण्यासाठी असंतुलित बल प्रयुक्त करावे लागते.

  • असंतुलित बलामुळे वस्तूची गती बदलते किंवा दिशा बदलते.
  • गतिमान वस्तूला जास्त किंवा कमी गतीमध्ये आणण्यासाठी [त्वरण] असंतुलित बल प्रयुक्त करावे लागते.

उदा. कार चालवताना अक्सीलेटर दाबून गती वाढवली जाते तेव्हा असंतुलित बाल प्रयुक्त होते.

३. घर्षण बल (Frictional Force)

दोन वस्तुंच्या पृष्ठभागाच्या घर्षणाने परस्परांच्या विरुद्ध दिशेने लागणाऱ्या बलास घर्षण बल म्हणतात. घर्षण बलाची दिशा वस्तूच्या गतीच्या दिशेच्या विरुद्ध असते. उदा. गाडीचे चाक आणि रस्ता यांमध्ये घर्षणबल प्रयुक्त होते.

४. प्रतिक्रिया बल(Reaction Force)

प्रतिक्रिया बल म्हणजे गतिमान वस्तूला दुसऱ्या पृष्ठभागाने प्रयुक्त केलेले बल. उदा. चेंडू फलंदाजाच्या फळीला लागून उंच उडतो तेव्हा फळीचे प्रतिक्रिया बल चेंडूवर प्रयुक्त झाले असते.

महत्वाचे –

बलाचे सूत्र  = वस्तुमान X त्वरण

बलाचे SI पद्धतीमधले एकक = न्यूटन (N) = kg.m/s

जडत्व(Inertia)

स्थिर वस्तू किंवा गतिमान वस्तू त्याच अवस्थेत राहण्याचा प्रयत्न करतात. या गुणधर्माला जडत्व म्हणतात. जडत्व वस्तूच्या अवस्था बदलाला विरोध करते. म्हणजेच स्थिर वस्तू गतिमान करताना विरोध करते तर गतिमान वस्तू स्थिर होताना विरोध करते.

जडत्वाचे प्रकार (Types of Inertia)

१. विराम अवस्थेचे जडत्व(Inertia at Rest) – जेंव्हा वस्तू स्थिर अवस्थेतून गतिमान अवस्थेत जाण्यासाठी विरोध करते तेंव्हा त्या गुणधर्मास विराम अवस्थेचे जडत्व असे म्हणतात. उदा. बस अचानक सुरु झाली असता प्रवासी मागच्या दिशेने ढकलले जातात.

२. गतीचे जडत्व(Inertia due to Motion) – जेंव्हा वस्तू गतिमान अवस्थेतून स्थिर अवस्थेत जाण्यासाठी विरोध करते तेंव्हा त्या गुणधर्मास गतीचे अवस्थेचे जडत्व असे म्हणतात. उदा. बस अचानक थांबवली असता सर्व प्रवासी पुढच्या दिशेने ढकलले जातात.

३. दिशेचे जडत्व(Inertia Due to Direction) – वस्तूच्या ज्या स्वाभाविक गुणधर्मामुळे ती आपल्या गतीची दिशा बदलू शकत नाही त्या गुणधर्माला दिशेचे जडत्व म्हणतात. उदा. गाडी गतिमान असताना चाकाला लागलेला चिखल चाकाच्या स्पर्श रेषेवरून उडतो. यामुळेच गाडीला मडगार्ड लावतात.

न्यूटनचे गतीविषयक नियम (Law’s of Motion)

१. पहिला नियम (जडत्वाचा)

नियम – जर एखाद्या स्थिर अथवा सरळ रेषेतील एकसमान गतीमान वस्तूला असंतुलित बाह्य बल प्रयुक्त न केल्यास त्या वस्तूची ती अवस्था आहे तशीच राहते.

स्पष्टीकरण –

एखादी वस्तू विराम अवस्थेत किंवा सरळ रेषेतील एकसमान गतीमध्ये असते तेव्हा तिच्यावर कोणतेही बल कार्य करत नसते असे नाही. प्रत्यक्षात त्या वस्तूवर विविध बाह्य बले कार्य करतात परंतु ती परस्परांना निष्प्रभ करीत असल्याने एकंदर परिणामी बल शून्य होते. न्यूटनच्या पहिल्या नियमाने जडत्वाचे म्हणजेच वस्तूच्या गतीविषयक अवस्था स्वत:हून बदलत नाहीत हे स्पष्ट होते.

२. दुसरा नियम (संवेगाचा)

नियम – संवेग परिवर्तनाचा दर प्रयुक्त केलेल्या बलाशी समानुपाती (Directly Proportional) असतो, आणि संवेगाचे परिवर्तन बलाच्या दिशेने होते.

संवेग (Momentum) (P) – वस्तूचा वेग व वस्तुमान यांचा गुणाकार म्हणजे संवेग.

P = mv संवेग ही सदीश राशी आहे.

संवेगाला परिमाण व दिशा दोन्हीही असते.

संवेगाची दिशा वेगाच्या दिशेने असते. SI पद्धतीनुसार संवेगाचे एकक kg m/s आणि CGS पद्धतीत gm cm/s आहे.

जर वस्तूवर प्रयुक्त केलेले असंतुलित बल वेगामध्ये बदल घडवून आणत असेल तर तेच बल संवेगातही बदल घडवते. वस्तूच्या संवेगात बदल घडवून आणण्यासाठी आवश्यक बल संवेग बदलाच्या दरावर अवलंबून असते.

क्रिकेटमध्ये खेळाडू चेंडू झेलताना हात मागे खेचतो, कारण त्याच्या हात आणि चेंडू मधील आघात वेळ वाढावा. यामुळे चेंडूचा संवेग कमी होतो आणि हातावर आघात कमी होतो.

उदा. १) एका तोफेचे वस्तुमान 500 kg असून त्यातून तोफगोळा उडवल्यानंतर तोफ 0.25 m/s वेगाने प्रतिक्षेपित होते, तर तोफेचा संवेग काढा.

उत्तर – तोफेचे वस्तुमान = 500 kg , प्रतिक्षेप वेग = 0.25 m/s

संवेग = ?

संवेग = m × v = 500 × 0.25 = 125 kg m/s

३. तिसरा नियम (प्रतिक्रिया बलाचा)

नियम – प्रत्येक क्रिया बलास समान परिमाणाचे एकाचवेळी घडणारे प्रतिक्रिया बल अस्तित्वात असते व त्यांची दिशा परस्पर विरुद्ध असते.

हा नियम बल हे दोन वस्तुमधील अन्योन्य क्रिया आहे हे दर्शविते. उदा. जेंव्हा फलंदाज बॅटने चेंडू मारतो तेंव्हा चेंडू सुद्धा समान प्रतिक्रिया बल विरुद्ध दिशेने प्रयुक्त करतो. चेंडूवर प्रयुक्त झालेल्या बलामुळे जास्त वेग प्राप्त करतो तर प्रतिक्रिया बल बॅटवर प्रयुक्त झाल्यामुळे तिचा पुढच्या दिशेने होणाऱ्या गतीचा वेग कमी होतो.

संवेग अक्षयतेचा नियम(Law of Conservation of Momentum)

(m 2 v 2 + m 1 v 1 ) = (m 1 u 1 +m 2 u 2 )

  • दोन वस्तूंची परस्पर क्रिया होत असताना त्यांच्यावर जर काही बाह्य बल प्रयुक्त केले नाही तर त्यांचा एकूण संवेग स्थिर असतो, तो बदलत नाही. म्हणजेच जर दोन वस्तूंची टक्कर झाली तर एकूण संवेग टक्कर होण्यापूर्वी आणि झाल्यानंतर समान असतो. हा न्यूटनच्या तिसऱ्या नियमाचा उपसिद्धांत आहे.
  • दोन वस्तूंची परस्पर क्रिया होत असताना त्यांच्यावर जर काही बाह्य बल कार्यरत नसेल तर त्यांचा एकूण संवेग स्थिर राहतो, तो बदलत नाही.
  • जर दोन वस्तूंची टक्कर झाली तर त्यांचा आघातापूर्वीचा एकूण संवेग हा त्यांच्या आघातानंतरच्या एकूण संवेगाइतकाच असतो.