« भौतिकी - ग्रेड 10 "
चंद्रमा पृथ्वी के चारों ओर क्यों घूमता है?
क्या होगा अगर चंद्रमा रुक जाए?
ग्रह सूर्य के चारों ओर चक्कर क्यों लगाते हैं?
अध्याय 1 में इस बात पर विस्तार से चर्चा की गई थी कि ग्लोब पृथ्वी की सतह के पास के सभी पिंडों को समान त्वरण प्रदान करता है - मुक्त पतन का त्वरण। लेकिन अगर ग्लोब शरीर को त्वरण प्रदान करता है, तो न्यूटन के दूसरे नियम के अनुसार, यह शरीर पर कुछ बल के साथ कार्य करता है। पृथ्वी जिस बल से शरीर पर कार्य करती है, उसे कहते हैं गुरुत्वाकर्षण. पहले, आइए इस बल को खोजें, और फिर सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के बल पर विचार करें।
मॉडुलो त्वरण न्यूटन के दूसरे नियम से निर्धारित होता है:
सामान्य स्थिति में, यह शरीर और उसके द्रव्यमान पर कार्य करने वाले बल पर निर्भर करता है। चूँकि मुक्त रूप से गिरने का त्वरण द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करता है, यह स्पष्ट है कि गुरुत्वाकर्षण बल द्रव्यमान के समानुपाती होना चाहिए:
भौतिक मात्रा मुक्त गिरावट त्वरण है, यह सभी निकायों के लिए स्थिर है।
सूत्र F = mg के आधार पर, आप किसी दिए गए पिंड के द्रव्यमान की द्रव्यमान की एक मानक इकाई के साथ तुलना करके पिंडों के द्रव्यमान को मापने के लिए एक सरल और व्यावहारिक रूप से सुविधाजनक विधि निर्दिष्ट कर सकते हैं। दो पिंडों के द्रव्यमान का अनुपात पिंडों पर कार्य करने वाले गुरुत्वाकर्षण बलों के अनुपात के बराबर है:
इसका अर्थ यह है कि यदि पिंडों पर कार्य करने वाले गुरुत्वाकर्षण बल समान हों तो पिंडों का द्रव्यमान समान होता है।
यह स्प्रिंग या बैलेंस स्केल पर वजन करके द्रव्यमान के निर्धारण का आधार है। यह सुनिश्चित करके कि तराजू पर शरीर का दबाव, शरीर पर लागू गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर, अन्य तराजू पर भार के दबाव के बल से संतुलित होता है, जो भार पर लागू गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर होता है। , हम इस प्रकार शरीर के द्रव्यमान का निर्धारण करते हैं।
पृथ्वी के निकट किसी दिए गए पिंड पर कार्य करने वाले गुरुत्वाकर्षण बल को पृथ्वी की सतह के निकट एक निश्चित अक्षांश पर ही स्थिर माना जा सकता है। यदि पिंड को किसी भिन्न अक्षांश के साथ उठा लिया जाता है या किसी स्थान पर ले जाया जाता है, तो मुक्त गिरने का त्वरण, और इसलिए गुरुत्वाकर्षण बल बदल जाएगा।
गुरुत्वाकर्षण बल।
न्यूटन ने सबसे पहले यह साबित किया कि पृथ्वी पर एक पत्थर के गिरने का कारण, पृथ्वी के चारों ओर चंद्रमा की गति और सूर्य के चारों ओर ग्रहों की गति एक ही है। ये है गुरुत्वाकर्षण बलब्रह्मांड के किसी भी पिंड के बीच अभिनय।
न्यूटन इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि यदि यह वायु प्रतिरोध के लिए नहीं होता, तो एक निश्चित गति के साथ एक ऊंचे पहाड़ (चित्र 3.1) से फेंके गए पत्थर का प्रक्षेपवक्र ऐसा हो सकता है कि यह कभी भी पृथ्वी की सतह तक नहीं पहुंचेगा, लेकिन होगा इसके चारों ओर ऐसे घूमें जैसे ग्रह आकाश में अपनी कक्षाओं का वर्णन कैसे करते हैं।
न्यूटन ने इस कारण को पाया और इसे एक सूत्र के रूप में सटीक रूप से व्यक्त करने में सक्षम थे - सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम।
चूँकि सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण बल सभी पिंडों को समान त्वरण प्रदान करता है, चाहे उनका द्रव्यमान कुछ भी हो, यह उस पिंड के द्रव्यमान के समानुपाती होना चाहिए जिस पर यह कार्य करता है:
"गुरुत्वाकर्षण सामान्य रूप से सभी पिंडों के लिए मौजूद होता है और उनमें से प्रत्येक के द्रव्यमान के समानुपाती होता है ... सभी ग्रह एक दूसरे की ओर गुरुत्वाकर्षण करते हैं ..." I. न्यूटन
लेकिन चूंकि, उदाहरण के लिए, पृथ्वी चंद्रमा पर चंद्रमा के द्रव्यमान के समानुपाती बल के साथ कार्य करती है, इसलिए न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार चंद्रमा को उसी बल के साथ पृथ्वी पर कार्य करना चाहिए। इसके अलावा, यह बल पृथ्वी के द्रव्यमान के समानुपाती होना चाहिए। यदि गुरुत्वाकर्षण बल वास्तव में सार्वभौमिक है, तो किसी दिए गए शरीर की ओर से किसी अन्य शरीर पर इस अन्य शरीर के द्रव्यमान के समानुपाती बल द्वारा कार्य किया जाना चाहिए। नतीजतन, सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का बल परस्पर क्रिया करने वाले पिंडों के द्रव्यमान के उत्पाद के समानुपाती होना चाहिए। इससे सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम का निर्माण होता है।
गुरूत्वाकर्षन का नियम:
दो पिंडों का परस्पर आकर्षण बल इन पिंडों के द्रव्यमान के गुणनफल के सीधे आनुपातिक होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है:
आनुपातिकता कारक G कहा जाता है गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक.
गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक संख्यात्मक रूप से दो भौतिक बिंदुओं के बीच 1 किलो के द्रव्यमान के साथ आकर्षण बल के बराबर है, यदि उनके बीच की दूरी 1 मीटर है। आखिरकार, द्रव्यमान के साथ m 1 \u003d m 2 \u003d 1 किलोग्राम और दूरी r \u003d 1 मीटर, हमें G \u003d F (संख्यात्मक रूप से) मिलता है।
यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम (3.4) एक सार्वभौमिक नियम के रूप में भौतिक बिंदुओं के लिए मान्य है। इस मामले में, गुरुत्वाकर्षण संपर्क के बल इन बिंदुओं को जोड़ने वाली रेखा के साथ निर्देशित होते हैं (चित्र। 3.2, ए)।
यह दिखाया जा सकता है कि एक गेंद के आकार वाले सजातीय निकाय (भले ही उन्हें भौतिक बिंदु नहीं माना जा सकता है, चित्र 3.2, बी) भी सूत्र (3.4) द्वारा परिभाषित बल के साथ बातचीत करते हैं। इस मामले में, r गेंदों के केंद्रों के बीच की दूरी है। परस्पर आकर्षण बल गेंदों के केन्द्रों से गुजरने वाली एक सीधी रेखा पर स्थित होते हैं। ऐसी ताकतों को कहा जाता है केंद्रीय. जिन पिंडों का पृथ्वी पर गिरने पर हम आमतौर पर विचार करते हैं, वे पृथ्वी की त्रिज्या (R ≈ 6400 किमी) से बहुत छोटे होते हैं।
इस तरह के निकायों, उनके आकार की परवाह किए बिना, भौतिक बिंदु के रूप में माना जा सकता है और पृथ्वी पर उनके आकर्षण के बल को कानून (3.4) का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है, यह ध्यान में रखते हुए कि आर दिए गए शरीर से केंद्र के केंद्र की दूरी है। धरती।
पृथ्वी पर फेंका गया एक पत्थर सीधे रास्ते से गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत विचलित हो जाएगा और एक घुमावदार प्रक्षेपवक्र का वर्णन करते हुए, अंत में पृथ्वी पर गिर जाएगा। यदि आप इसे अधिक गति से फेंकेंगे, तो यह और गिरेगा।" मैं न्यूटन
गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक की परिभाषा।
अब आइए जानें कि आप गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक कैसे ज्ञात कर सकते हैं। सबसे पहले, ध्यान दें कि G का एक विशिष्ट नाम है। यह इस तथ्य के कारण है कि सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम में शामिल सभी मात्राओं की इकाइयाँ (और, तदनुसार, नाम) पहले ही स्थापित की जा चुकी हैं। गुरुत्वाकर्षण का नियम ज्ञात मात्राओं के बीच कुछ इकाइयों के नामों के बीच एक नया संबंध देता है। यही कारण है कि गुणांक एक नामित मान बन जाता है। सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम के सूत्र का उपयोग करके, SI में गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक की इकाई का नाम खोजना आसान है: N m 2 / kg 2 \u003d m 3 / (kg s 2)।
जी की मात्रा निर्धारित करने के लिए, सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम में शामिल सभी मात्राओं को स्वतंत्र रूप से निर्धारित करना आवश्यक है: दोनों द्रव्यमान, बल और निकायों के बीच की दूरी।
कठिनाई इस तथ्य में निहित है कि छोटे द्रव्यमान के पिंडों के बीच गुरुत्वाकर्षण बल बहुत कम होते हैं। यही कारण है कि हम अपने शरीर के आस-पास की वस्तुओं के प्रति आकर्षण और वस्तुओं के परस्पर आकर्षण पर ध्यान नहीं देते हैं, हालांकि गुरुत्वाकर्षण बल प्रकृति में सभी बलों में सबसे अधिक सार्वभौमिक हैं। एक दूसरे से 1 मीटर की दूरी पर 60 किलो वजन वाले दो लोग केवल 10-9 एन के बल से आकर्षित होते हैं। इसलिए, गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक को मापने के लिए, बल्कि सूक्ष्म प्रयोगों की आवश्यकता होती है।
गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक को पहली बार 1798 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जी. कैवेन्डिश द्वारा एक मरोड़ संतुलन नामक उपकरण का उपयोग करके मापा गया था। मरोड़ संतुलन की योजना चित्र 3.3 में दिखाई गई है। सिरों पर दो समान भारों वाला एक हल्का घुमाव एक पतले लोचदार धागे पर लटकाया जाता है। दो भारी गेंदें पास में गतिहीन रूप से टिकी हुई हैं। गुरुत्वाकर्षण बल भार और गतिहीन गेंदों के बीच कार्य करते हैं। इन बलों के प्रभाव में, घुमाव मुड़ता है और धागे को तब तक घुमाता है जब तक कि उभरता हुआ लोचदार बल गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर न हो जाए। आकर्षण के बल को निर्धारित करने के लिए मोड़ के कोण का उपयोग किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, आपको केवल धागे के लोचदार गुणों को जानना होगा। पिंडों के द्रव्यमान ज्ञात हैं, और परस्पर क्रिया करने वाले पिंडों के केंद्रों के बीच की दूरी को सीधे मापा जा सकता है।
इन प्रयोगों से, गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक के लिए निम्नलिखित मान प्राप्त किया गया था:
जी \u003d 6.67 10 -11 एन एम 2 / किग्रा 2.
केवल उस स्थिति में जब भारी द्रव्यमान के पिंड परस्पर क्रिया करते हैं (या कम से कम किसी एक पिंड का द्रव्यमान बहुत बड़ा होता है), गुरुत्वाकर्षण बल एक बड़े मूल्य तक पहुँच जाता है। उदाहरण के लिए, पृथ्वी और चंद्रमा एक-दूसरे की ओर F 2 10 20 N बल से आकर्षित होते हैं।
भौगोलिक अक्षांश पर पिंडों के मुक्त पतन त्वरण की निर्भरता।
भूमध्य रेखा से ध्रुवों पर शरीर के स्थान को स्थानांतरित करते समय गुरुत्वाकर्षण के त्वरण में वृद्धि के कारणों में से एक यह है कि ग्लोब कुछ हद तक ध्रुवों पर चपटा होता है और पृथ्वी के केंद्र से इसकी सतह की दूरी पर होता है। ध्रुव भूमध्य रेखा से कम है। दूसरा कारण पृथ्वी का घूमना है।
जड़त्वीय और गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान की समानता।
गुरुत्वाकर्षण बलों की सबसे खास बात यह है कि वे सभी पिंडों को समान त्वरण प्रदान करते हैं, चाहे उनका द्रव्यमान कुछ भी हो। आप उस फ़ुटबॉल खिलाड़ी के बारे में क्या कहेंगे जिसकी किक एक साधारण चमड़े की गेंद और दो पाउंड वजन को समान रूप से गति प्रदान करेगी? सब कहेंगे कि यह असंभव है। लेकिन पृथ्वी सिर्फ एक "असाधारण फुटबॉल खिलाड़ी" है, एकमात्र अंतर यह है कि शरीर पर इसके प्रभाव में अल्पकालिक प्रभाव का चरित्र नहीं होता है, बल्कि अरबों वर्षों तक लगातार जारी रहता है।
न्यूटन के सिद्धांत में द्रव्यमान गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र का स्रोत है। हम पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में हैं। उसी समय, हम गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के स्रोत भी हैं, लेकिन इस तथ्य के कारण कि हमारा द्रव्यमान पृथ्वी के द्रव्यमान से बहुत कम है, हमारा क्षेत्र बहुत कमजोर है और आसपास की वस्तुएं इस पर प्रतिक्रिया नहीं करती हैं।
गुरुत्वाकर्षण बलों की असामान्य संपत्ति, जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, इस तथ्य से समझाया गया है कि ये बल दोनों परस्पर क्रिया करने वाले पिंडों के द्रव्यमान के समानुपाती होते हैं। शरीर का द्रव्यमान, जो न्यूटन के दूसरे नियम में शामिल है, शरीर के जड़त्वीय गुणों को निर्धारित करता है, अर्थात, किसी दिए गए बल की क्रिया के तहत एक निश्चित त्वरण प्राप्त करने की उसकी क्षमता। ये है जड़त्वीय द्रव्यमानमी और.
ऐसा प्रतीत होता है, इसका एक दूसरे को आकर्षित करने के लिए निकायों की क्षमता से क्या संबंध हो सकता है? पिंडों की एक दूसरे को आकर्षित करने की क्षमता को निर्धारित करने वाला द्रव्यमान गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान m r है।
न्यूटनियन यांत्रिकी से यह बिल्कुल भी नहीं चलता है कि जड़त्वीय और गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान समान हैं, अर्थात
एम और = एम आर। (3.5)
समानता (3.5) अनुभव का प्रत्यक्ष परिणाम है। इसका अर्थ यह है कि किसी पिंड के द्रव्यमान को उसके जड़त्वीय और गुरुत्वाकर्षण दोनों गुणों के मात्रात्मक माप के रूप में कहा जा सकता है।
गुरुत्वाकर्षण वह राशि है जिससे कोई पिंड अपने आकर्षण के प्रभाव में पृथ्वी की ओर आकर्षित होता है। यह सूचक सीधे किसी व्यक्ति के वजन या वस्तु के द्रव्यमान पर निर्भर करता है। जितना अधिक वजन, उतना ही अधिक। इस लेख में, हम बताएंगे कि गुरुत्वाकर्षण बल का पता कैसे लगाया जाए।
एक स्कूल भौतिकी पाठ्यक्रम से: गुरुत्वाकर्षण बल सीधे शरीर के वजन के समानुपाती होता है। आप सूत्र F \u003d m * g का उपयोग करके मान की गणना कर सकते हैं, जहाँ g 9.8 m / s 2 के बराबर गुणांक है। तदनुसार, 100 किलो वजन वाले व्यक्ति के लिए आकर्षण बल 980 है। यह ध्यान देने योग्य है कि व्यवहार में सब कुछ थोड़ा अलग है, और कई कारक गुरुत्वाकर्षण को प्रभावित करते हैं।गुरुत्वाकर्षण को प्रभावित करने वाले कारक:
- जमीन से दूरी;
- शरीर की भौगोलिक स्थिति;
- दिन के समय।
यदि शरीर को क्षैतिज दिशा में नहीं खींचा जाता है, तो यह उस कोण को ध्यान में रखने योग्य है जिस पर वस्तु क्षितिज से विचलित होती है। परिणामस्वरूप, सूत्र इस तरह दिखेगा: F=m*g – Fthrust*sin। गुरुत्वाकर्षण बल को न्यूटन में मापा जाता है। गणना के लिए, m/s में मापी गई गति का उपयोग करें। ऐसा करने के लिए, गति को किमी/घंटा में 3.6 से विभाजित करें।
आवेदन के बिंदु और प्रत्येक बल की दिशा को जानना आवश्यक है। यह निर्धारित करने में सक्षम होना महत्वपूर्ण है कि शरीर पर कौन से बल कार्य करते हैं और किस दिशा में। बल को न्यूटन में मापा जाता है। बलों के बीच अंतर करने के लिए, उन्हें निम्नानुसार नामित किया गया है
प्रकृति में अभिनय करने वाले मुख्य बल नीचे दिए गए हैं। समस्याओं को हल करते समय गैर-मौजूद ताकतों का आविष्कार करना असंभव है!
प्रकृति में अनेक शक्तियाँ हैं। यहां हम उन बलों पर विचार करते हैं जिन्हें स्कूल भौतिकी पाठ्यक्रम में गतिकी का अध्ययन करते समय माना जाता है। अन्य बलों का भी उल्लेख किया गया है, जिनकी चर्चा अन्य वर्गों में की जाएगी।
गुरुत्वाकर्षण
ग्रह का प्रत्येक पिंड पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से प्रभावित होता है। जिस बल से पृथ्वी प्रत्येक पिंड को आकर्षित करती है वह सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है
आवेदन का बिंदु शरीर के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र में है। गुरुत्वाकर्षण हमेशा लंबवत नीचे की ओर इशारा करते हुए.
घर्षण बल
आइए घर्षण बल से परिचित हों। यह बल तब उत्पन्न होता है जब पिंड गति करते हैं और दो सतहें संपर्क में आती हैं। बल इस तथ्य के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है कि सतहें, जब एक माइक्रोस्कोप के तहत देखी जाती हैं, तो वे चिकनी नहीं होती हैं जैसा कि लगता है। घर्षण बल सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:
दो सतहों के बीच संपर्क बिंदु पर एक बल लगाया जाता है। आंदोलन के विपरीत दिशा में निर्देशित।
समर्थन प्रतिक्रिया बल
एक मेज पर पड़ी एक बहुत भारी वस्तु की कल्पना करें। मेज वस्तु के भार के नीचे झुक जाती है। लेकिन न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार, तालिका वस्तु पर ठीक उसी बल के साथ कार्य करती है जिस प्रकार से मेज पर रखी वस्तु पर होती है। बल को उस बल के विपरीत निर्देशित किया जाता है जिसके साथ वस्तु मेज पर दबाती है। वह ऊपर है। इस बल को समर्थन प्रतिक्रिया कहा जाता है। बल का नाम "बोलता है" प्रतिक्रिया समर्थन. जब भी समर्थन पर प्रभाव पड़ता है तो यह बल उत्पन्न होता है। आणविक स्तर पर इसकी घटना की प्रकृति। वस्तु, जैसा कि यह थी, अणुओं की सामान्य स्थिति और कनेक्शन (तालिका के अंदर) को विकृत कर दिया, वे बदले में, अपनी मूल स्थिति में लौटने के लिए "प्रतिरोध" करते हैं।
बिल्कुल कोई भी शरीर, यहां तक कि बहुत हल्का (उदाहरण के लिए, एक टेबल पर पड़ी एक पेंसिल), सूक्ष्म स्तर पर समर्थन को विकृत कर देता है। इसलिए, एक समर्थन प्रतिक्रिया होती है।
इस बल को ज्ञात करने का कोई विशेष सूत्र नहीं है। वे इसे अक्षर से निर्दिष्ट करते हैं, लेकिन यह बल केवल एक अलग प्रकार का लोचदार बल है, इसलिए इसे इस रूप में भी निरूपित किया जा सकता है
बल समर्थन के साथ वस्तु के संपर्क के बिंदु पर लगाया जाता है। समर्थन के लिए लंबवत निर्देशित।
चूंकि शरीर को एक भौतिक बिंदु के रूप में दर्शाया गया है, बल को केंद्र से दर्शाया जा सकता है
लोचदार बल
यह बल विकृति (पदार्थ की प्रारंभिक अवस्था में परिवर्तन) के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए, जब हम एक स्प्रिंग को खींचते हैं, तो हम स्प्रिंग सामग्री के अणुओं के बीच की दूरी बढ़ाते हैं। जब हम वसंत को संपीड़ित करते हैं, तो हम इसे कम करते हैं। जब हम ट्विस्ट या शिफ्ट करते हैं। इन सभी उदाहरणों में, एक बल उत्पन्न होता है जो विरूपण को रोकता है - लोचदार बल।
हुक का नियम
लोचदार बल विरूपण के विपरीत निर्देशित होता है।
चूंकि शरीर को एक भौतिक बिंदु के रूप में दर्शाया गया है, बल को केंद्र से दर्शाया जा सकता है
जब श्रृंखला में जुड़ा होता है, उदाहरण के लिए, स्प्रिंग्स, कठोरता की गणना सूत्र द्वारा की जाती है
समानांतर में जुड़े होने पर, कठोरता
नमूना कठोरता। यंग मापांक।
यंग का मापांक किसी पदार्थ के लोचदार गुणों की विशेषता है। यह एक स्थिर मान है जो केवल सामग्री, उसकी भौतिक स्थिति पर निर्भर करता है। तन्यता या संपीड़ित विरूपण का विरोध करने के लिए सामग्री की क्षमता की विशेषता है। यंग मापांक का मान सारणीबद्ध है।
ठोस के गुणों के बारे में अधिक जानें।
शरीर का वजन
शरीर का भार वह बल है जिसके साथ कोई वस्तु किसी सहारे पर कार्य करती है। आप कहते हैं कि यह गुरुत्वाकर्षण है! भ्रम निम्नलिखित में होता है: वास्तव में, अक्सर शरीर का वजन गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर होता है, लेकिन ये बल पूरी तरह से भिन्न होते हैं। गुरुत्वाकर्षण वह बल है जो पृथ्वी के साथ परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है। वजन समर्थन के साथ बातचीत का परिणाम है। गुरुत्वाकर्षण बल वस्तु के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र पर लगाया जाता है, जबकि भार वह बल है जो समर्थन पर लगाया जाता है (वस्तु पर नहीं)!
वजन निर्धारित करने का कोई फार्मूला नहीं है। इस बल को अक्षर द्वारा निरूपित किया जाता है।
समर्थन प्रतिक्रिया बल या लोचदार बल किसी निलंबन या समर्थन पर किसी वस्तु के प्रभाव के जवाब में उत्पन्न होता है, इसलिए शरीर का वजन हमेशा लोचदार बल के समान होता है, लेकिन विपरीत दिशा होती है।
समर्थन और भार की प्रतिक्रिया बल एक ही प्रकृति के बल हैं, न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार वे समान और विपरीत दिशा में निर्देशित हैं। भार एक बल है जो शरीर पर नहीं, बल्कि एक सहारा पर कार्य करता है। गुरुत्वाकर्षण बल शरीर पर कार्य करता है।
शरीर का वजन गुरुत्वाकर्षण के बराबर नहीं हो सकता है। यह या तो कम या ज्यादा हो सकता है, या ऐसा हो सकता है कि वजन शून्य हो। इस राज्य को कहा जाता है भारहीनता. भारहीनता एक ऐसी स्थिति है जब कोई वस्तु किसी सहारे से संपर्क नहीं करती है, उदाहरण के लिए, उड़ान की स्थिति: गुरुत्वाकर्षण है, लेकिन वजन शून्य है!
त्वरण की दिशा निर्धारित करना संभव है यदि आप यह निर्धारित करते हैं कि परिणामी बल कहाँ निर्देशित है
ध्यान दें कि भार एक बल है, जिसे न्यूटन में मापा जाता है। प्रश्न का सही उत्तर कैसे दें: "आपका वजन कितना है"? हम वजन नहीं, बल्कि हमारे द्रव्यमान का नामकरण करते हुए 50 किलो का जवाब देते हैं! इस उदाहरण में, हमारा वजन गुरुत्वाकर्षण के बराबर है, जो लगभग 500N है!
अधिभार- वजन और गुरुत्वाकर्षण का अनुपात
आर्किमिडीज की ताकत
द्रव (गैस) के साथ किसी पिंड की बातचीत के परिणामस्वरूप बल उत्पन्न होता है, जब इसे तरल (या गैस) में डुबोया जाता है। यह बल शरीर को पानी (गैस) से बाहर धकेलता है। इसलिए, इसे लंबवत ऊपर की ओर निर्देशित किया जाता है (धक्का)। सूत्र द्वारा निर्धारित:
हवा में हम आर्किमिडीज के बल की उपेक्षा करते हैं।
यदि आर्किमिडीज बल गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर है, तो पिंड तैरता है। यदि आर्किमिडीज का बल अधिक है, तो यह द्रव की सतह पर ऊपर उठ जाता है, यदि कम हो तो डूब जाता है।
विद्युत बल
विद्युत मूल के बल हैं। विद्युत आवेश की उपस्थिति में होता है। इन बलों, जैसे कूलम्ब बल, एम्पीयर बल, लोरेंत्ज़ बल, पर विद्युत खंड में विस्तार से चर्चा की गई है।
शरीर पर कार्य करने वाले बलों का योजनाबद्ध पदनाम
अक्सर शरीर को एक भौतिक बिंदु द्वारा तैयार किया जाता है। इसलिए, आरेखों में, आवेदन के विभिन्न बिंदुओं को एक बिंदु पर - केंद्र में स्थानांतरित किया जाता है, और शरीर को एक सर्कल या आयत के रूप में योजनाबद्ध रूप से दर्शाया जाता है।
बलों को सही ढंग से नामित करने के लिए, उन सभी निकायों को सूचीबद्ध करना आवश्यक है जिनके साथ अध्ययन के तहत शरीर बातचीत करता है। निर्धारित करें कि प्रत्येक के साथ बातचीत के परिणामस्वरूप क्या होता है: घर्षण, विरूपण, आकर्षण, या शायद प्रतिकर्षण। बल के प्रकार का निर्धारण करें, दिशा को सही ढंग से इंगित करें। ध्यान! बलों की संख्या उन निकायों की संख्या के साथ मेल खाएगी जिनके साथ बातचीत होती है।
याद रखने वाली मुख्य बात
1) बल और उनकी प्रकृति;
2) बलों की दिशा;
3) अभिनय बलों की पहचान करने में सक्षम हो
बाहरी (शुष्क) और आंतरिक (चिपचिपा) घर्षण के बीच अंतर करें। संपर्क में ठोस सतहों के बीच बाहरी घर्षण होता है, उनकी सापेक्ष गति के दौरान तरल या गैस की परतों के बीच आंतरिक घर्षण होता है। बाहरी घर्षण तीन प्रकार के होते हैं: स्थैतिक घर्षण, फिसलने वाला घर्षण और रोलिंग घर्षण।
रोलिंग घर्षण सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है
प्रतिरोध बल तब उत्पन्न होता है जब कोई पिंड किसी तरल या गैस में गति करता है। प्रतिरोध बल का परिमाण शरीर के आकार और आकार, उसकी गति की गति और तरल या गैस के गुणों पर निर्भर करता है। कम गति पर, प्रतिरोध बल शरीर की गति के समानुपाती होता है
उच्च गति पर यह गति के वर्ग के समानुपाती होता है
किसी वस्तु और पृथ्वी के पारस्परिक आकर्षण पर विचार करें। उनके बीच, गुरुत्वाकर्षण के नियम के अनुसार, एक बल उत्पन्न होता है 
आइए अब गुरुत्वाकर्षण के नियम और गुरुत्वाकर्षण बल की तुलना करें 
मुक्त पतन त्वरण का मान पृथ्वी के द्रव्यमान और उसकी त्रिज्या पर निर्भर करता है! इस प्रकार, उस ग्रह के द्रव्यमान और त्रिज्या का उपयोग करके, यह गणना करना संभव है कि चंद्रमा या किसी अन्य ग्रह पर वस्तुएं किस त्वरण से गिरेंगी।
पृथ्वी के केंद्र से ध्रुवों की दूरी भूमध्य रेखा से कम है। इसलिए, भूमध्य रेखा पर मुक्त रूप से गिरने का त्वरण ध्रुवों की तुलना में थोड़ा कम होता है। साथ ही, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि क्षेत्र के अक्षांश पर मुक्त गिरावट के त्वरण की निर्भरता का मुख्य कारण यह तथ्य है कि पृथ्वी अपनी धुरी के चारों ओर घूमती है।
पृथ्वी की सतह से दूर जाने पर, गुरुत्वाकर्षण बल और मुक्त गिरने का त्वरण पृथ्वी के केंद्र की दूरी के वर्ग के विपरीत बदल जाता है।
गुरुत्वाकर्षण- यह पृथ्वी की ओर से शरीर पर कार्य करने वाला बल है और शरीर को मुक्त गिरने के त्वरण की सूचना देता है:
\(~\vec F_T = m \vec g.\)
पृथ्वी पर (या उसके पास) स्थित कोई भी पिंड, पृथ्वी के साथ मिलकर अपनी धुरी पर घूमता है, अर्थात पिंड एक त्रिज्या के साथ एक वृत्त में घूमता है आरएक स्थिर मोडुलो गति के साथ (चित्र। 1)।
पृथ्वी की सतह पर एक पिंड गुरुत्वाकर्षण बल \(~\vec F\) और पृथ्वी की सतह से बल \(~\vec N_p\) से प्रभावित होता है।
उनका परिणामी
\(~\vec F_1 = \vec F + \vec N_p \qquad (1)\)
शरीर को अभिकेन्द्रीय त्वरण प्रदान करता है
\(~a_c = \frac(\upsilon^2)(r).\)
आइए हम गुरुत्वाकर्षण बल \(~\vec F\) को दो घटकों में विघटित करें, जिनमें से एक होगा \(~\vec F_1\), यानी।
\(~\vec F = \vec F_1 + \vec F_T. \qquad (2)\)
समीकरणों (1) और (2) से हम देखते हैं कि
\(~\vec F_T = - \vec N_p.\)
इस प्रकार, गुरुत्वाकर्षण बल \(~\vec F_T\) गुरुत्वाकर्षण बल \(~\vec F\) के घटकों में से एक है। दूसरा घटक \(~\vec F_1\) शरीर के अभिकेंद्रीय त्वरण को बताता है।
बिंदु पर Μ भौगोलिक अक्षांश पर φ गुरुत्वाकर्षण पृथ्वी की त्रिज्या के साथ निर्देशित नहीं है, बल्कि किसी कोण पर है α उसे। गुरुत्वाकर्षण बल तथाकथित सरासर रेखा (लंबवत नीचे) के साथ निर्देशित होता है।
गुरुत्वाकर्षण बल परिमाण और दिशा में केवल ध्रुवों पर गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर है। भूमध्य रेखा पर, वे दिशा में मेल खाते हैं, और पूर्ण अंतर सबसे बड़ा है।
\(~F_T = F - F_1 = F - m \omega^2 R,\)
कहाँ पे ω पृथ्वी के घूर्णन का कोणीय वेग है, आरपृथ्वी की त्रिज्या है।
\(~\omega = \frac(2 \pi)(T) = \frac(2 \cdot 2.34)(24 \cdot 3600)\) rad/s = 0.727 10 -4 rad/s.
जैसा ω बहुत छोटा तो एफटु एफ. नतीजतन, गुरुत्वाकर्षण बल गुरुत्वाकर्षण बल से मापांक में थोड़ा भिन्न होता है, इसलिए इस अंतर को अक्सर उपेक्षित किया जा सकता है।
फिर एफटु एफ, \(~mg = \frac(GMm)((h + R)^2) \Rightarrow g = \frac(GM)((h + R)^2)\) ।
यह सूत्र दर्शाता है कि मुक्त गिरावट त्वरण जीगिरते हुए पिंड के द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि ऊंचाई पर निर्भर करता है।
साहित्य
हाई स्कूल में अक्सेनोविच एल.ए. भौतिकी: सिद्धांत। कार्य। टेस्ट: प्रो. सामान्य प्रदान करने वाले संस्थानों के लिए भत्ता। वातावरण, शिक्षा / एल.ए. अक्सनोविच, एन.एन. रकीना, के.एस. फ़ारिनो; ईडी। के एस फरिनो। - एमएन .: अदुकात्सिया और व्यखवन्ने, 2004. - सी। 39-40।
परिभाषा 1
गुरुत्वाकर्षण के बल को शरीर के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र पर लागू माना जाता है, जो शरीर को उसके विभिन्न बिंदुओं पर एक धागे से निलंबित करके निर्धारित किया जाता है। इस मामले में, एक धागे द्वारा चिह्नित सभी दिशाओं के प्रतिच्छेदन बिंदु को शरीर के गुरुत्वाकर्षण का केंद्र माना जाएगा।
गुरुत्वाकर्षण की अवधारणा
भौतिकी में गुरुत्वाकर्षण बल किसी भी भौतिक पिंड पर कार्य करने वाला बल है जो पृथ्वी की सतह या किसी अन्य खगोलीय पिंड के पास है। ग्रह की सतह पर गुरुत्वाकर्षण बल, परिभाषा के अनुसार, ग्रह के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव के योग के साथ-साथ जड़ता के केन्द्रापसारक बल, ग्रह के दैनिक घूर्णन से उकसाया जाएगा।
अन्य बलों (उदाहरण के लिए, सूर्य और चंद्रमा का आकर्षण), उनके छोटे होने के कारण, ध्यान में नहीं रखा जाता है या पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में अस्थायी परिवर्तनों के प्रारूप में अलग से अध्ययन किया जाता है। एक रूढ़िवादी बल का प्रतिनिधित्व करते हुए गुरुत्वाकर्षण सभी निकायों को उनके द्रव्यमान की परवाह किए बिना समान त्वरण प्रदान करता है। इसकी गणना सूत्र के आधार पर की जाती है:
$\vec(P) = m\vec(g)$,
जहां $\vec(g)$ गुरुत्वाकर्षण द्वारा शरीर को दिया गया त्वरण है, जिसे मुक्त गिरावट त्वरण के रूप में दर्शाया जाता है।
गुरुत्वाकर्षण के अलावा, पृथ्वी की सतह के सापेक्ष गतिमान पिंड भी कोरिओलिस बल से सीधे प्रभावित होते हैं, जो कि संदर्भ के घूर्णन फ्रेम के संबंध में भौतिक बिंदु की गति का अध्ययन करने में प्रयुक्त बल है। भौतिक बिंदु पर कार्य करने वाले भौतिक बलों के लिए कोरिओलिस बल को जोड़ने से हम इस तरह के आंदोलन पर संदर्भ के फ्रेम के रोटेशन के प्रभाव को ध्यान में रख सकेंगे।
गणना के लिए महत्वपूर्ण सूत्र
सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम के अनुसार, द्रव्यमान $M$ के साथ एक खगोलीय गोलाकार सममित शरीर की सतह पर अपने द्रव्यमान $m$ के साथ एक भौतिक बिंदु पर कार्य करने वाला गुरुत्वाकर्षण आकर्षण बल संबंध द्वारा निर्धारित किया जाएगा:
$F=(G)\frac(Mm)(R^2)$, जहां:
- $G$ गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है,
- $R$ - शरीर की त्रिज्या।
यदि हम पिंड के आयतन पर एक गोलाकार सममित द्रव्यमान वितरण मान लें तो यह संबंध मान्य हो जाता है। फिर गुरुत्वाकर्षण बल सीधे शरीर के केंद्र की ओर निर्देशित होता है।
जड़त्व के केन्द्रापसारक बल का मापांक $Q$ एक भौतिक कण पर अभिनय सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है:
$Q = maw^2$ जहां:
- $a$ खगोलीय पिंड के कण और घूर्णन की धुरी के बीच की दूरी है जिसे माना जा रहा है,
- $w$ इसके घूर्णन का कोणीय वेग है। इस मामले में, जड़ता का केन्द्रापसारक बल रोटेशन की धुरी के लंबवत हो जाता है और इससे दूर निर्देशित हो जाता है।
सदिश प्रारूप में जड़त्व के अपकेन्द्रीय बल का व्यंजक इस प्रकार लिखा जाता है:
$\vec(Q) = (mw^2\vec(R_0))$, जहां:
$\vec (R_0)$ रोटेशन की धुरी के लिए लंबवत एक वेक्टर है, जो इससे पृथ्वी की सतह के पास स्थित निर्दिष्ट सामग्री बिंदु तक खींचा जाता है।
इस मामले में, गुरुत्वाकर्षण बल $\vec (P)$ $\vec (F)$ और $\vec (Q)$ के योग के बराबर होगा:
$\vec(P) = \vec(F) = \vec(Q)$
आकर्षण का नियम
गुरुत्वाकर्षण की उपस्थिति के बिना, कई चीजों की उत्पत्ति जो अब हमें स्वाभाविक लगती है, असंभव होगी: इस प्रकार, पहाड़ों से कोई हिमस्खलन नहीं होगा, न ही नदियाँ, न ही बारिश। पृथ्वी के वायुमंडल को केवल गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा ही बनाए रखा जा सकता है। कम द्रव्यमान वाले ग्रह, जैसे कि चंद्रमा या बुध, ने अपना पूरा वातावरण काफी तेज गति से खो दिया और आक्रामक ब्रह्मांडीय विकिरण के खिलाफ रक्षाहीन हो गए।
पृथ्वी पर जीवन के निर्माण की प्रक्रिया में पृथ्वी के वातावरण ने निर्णायक भूमिका निभाई, उसे। गुरुत्वाकर्षण के अलावा, पृथ्वी चंद्रमा के गुरुत्वाकर्षण से भी प्रभावित होती है। इसकी निकटता (ब्रह्मांडीय पैमाने पर) के कारण, पृथ्वी पर उतार और प्रवाह का अस्तित्व संभव है, और कई जैविक लय चंद्र कैलेंडर के साथ मेल खाते हैं। इसलिए, गुरुत्वाकर्षण को प्रकृति के एक उपयोगी और महत्वपूर्ण नियम के रूप में देखा जाना चाहिए।
टिप्पणी 2
आकर्षण के नियम को सार्वभौमिक माना जाता है और इसे किन्हीं दो पिंडों पर लागू किया जा सकता है जिनका एक निश्चित द्रव्यमान होता है।
ऐसी स्थिति में जहां एक परस्पर क्रिया करने वाले पिंड का द्रव्यमान दूसरे के द्रव्यमान से बहुत अधिक हो जाता है, एक गुरुत्वाकर्षण बल के एक विशेष मामले की बात करता है, जिसके लिए एक विशेष शब्द है, जैसे "गुरुत्वाकर्षण"। यह पृथ्वी या अन्य खगोलीय पिंडों पर आकर्षण बल को निर्धारित करने पर केंद्रित कार्यों पर लागू होता है। न्यूटन के दूसरे नियम के सूत्र में गुरुत्वाकर्षण के मान को प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:
यहाँ $a$ गुरुत्वाकर्षण का त्वरण है, जो पिंडों को एक दूसरे की ओर झुकाव के लिए मजबूर करता है। मुक्त गिरावट त्वरण के उपयोग से संबंधित समस्याओं में, इस त्वरण को $g$ अक्षर द्वारा दर्शाया जाता है। अपने स्वयं के अभिन्न कलन की मदद से, न्यूटन गणितीय रूप से एक बड़े पिंड के केंद्र में गुरुत्वाकर्षण की निरंतर एकाग्रता को साबित करने में कामयाब रहे।
