शब्द "शक्ति" इतना व्यापक है कि इसे एक स्पष्ट अवधारणा देना लगभग असंभव कार्य है। मांसपेशियों की ताकत से लेकर दिमाग की ताकत तक की विविधता इसमें निवेशित अवधारणाओं की पूरी श्रृंखला को शामिल नहीं करती है। भौतिक मात्रा के रूप में माने जाने वाले बल का एक सुपरिभाषित अर्थ और परिभाषा है। बल सूत्र एक गणितीय मॉडल को परिभाषित करता है: मुख्य मापदंडों पर बल की निर्भरता।
बल अनुसंधान के इतिहास में मापदंडों पर निर्भरता की परिभाषा और निर्भरता के प्रायोगिक प्रमाण शामिल हैं।
भौतिकी में शक्ति
ताकत शरीरों की परस्पर क्रिया का माप है। एक दूसरे पर पिंडों की पारस्परिक क्रिया, पिंडों की गति या विकृति में परिवर्तन से जुड़ी प्रक्रियाओं का पूरी तरह से वर्णन करती है।
भौतिक मात्रा के रूप में, बल में माप की एक इकाई (एसआई प्रणाली में - न्यूटन) और इसे मापने के लिए एक उपकरण है - एक डायनेमोमीटर। बल मीटर के संचालन का सिद्धांत शरीर पर अभिनय करने वाले बल की तुलना डायनेमोमीटर के वसंत बल के बल से करने पर आधारित है।
1 न्यूटन के बल को वह बल माना जाता है जिसके तहत 1 किलो द्रव्यमान का पिंड 1 सेकंड में अपनी गति 1 मीटर बदल देता है।
बल को सदिश राशि के रूप में परिभाषित किया गया है:
- कार्रवाई की दिशा;
- आवेदन बिंदु;
- मॉड्यूल, निरपेक्षआकार।
बातचीत का वर्णन करते हुए, इन मापदंडों को इंगित करना सुनिश्चित करें।
प्राकृतिक बातचीत के प्रकार: गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुम्बकीय, मजबूत, कमजोर। गुरुत्वाकर्षण बल (इसकी विविधता के साथ सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण बल - गुरुत्वाकर्षण बल) द्रव्यमान वाले किसी भी शरीर के आसपास के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों के प्रभाव के कारण मौजूद हैं। गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों का अध्ययन अभी तक पूरा नहीं हुआ है। क्षेत्र के स्रोत का पता लगाना अभी संभव नहीं है।
पदार्थ बनाने वाले परमाणुओं के विद्युत चुम्बकीय संपर्क से बड़ी संख्या में बल उत्पन्न होते हैं।
दबाव बल
जब कोई पिंड पृथ्वी से संपर्क करता है, तो वह सतह पर दबाव डालता है। दबाव बल, जिसका सूत्र है: पी=मिलीग्राम, शरीर द्रव्यमान (एम) द्वारा निर्धारित किया जाता है। गुरुत्वाकर्षण त्वरण (g) के पृथ्वी के विभिन्न अक्षांशों पर अलग-अलग मान होते हैं।
ऊर्ध्वाधर दबाव का बल निरपेक्ष मान के बराबर होता है और समर्थन में उत्पन्न होने वाले लोच के बल की दिशा में विपरीत होता है। बल सूत्र शरीर की गति के आधार पर बदलता है।
शरीर के वजन में बदलाव
पृथ्वी के साथ अंतःक्रिया के कारण किसी सहारे पर किसी पिंड की क्रिया को अक्सर शरीर के भार के रूप में संदर्भित किया जाता है। दिलचस्प बात यह है कि शरीर के वजन की मात्रा ऊर्ध्वाधर दिशा में गति के त्वरण पर निर्भर करती है। मामले में जब त्वरण की दिशा मुक्त गिरावट के त्वरण के विपरीत होती है, तो वजन में वृद्धि देखी जाती है। यदि शरीर का त्वरण मुक्त गिरने की दिशा के साथ मेल खाता है, तो शरीर का वजन कम हो जाता है। उदाहरण के लिए, आरोही लिफ्ट में, चढ़ाई की शुरुआत में, एक व्यक्ति को कुछ समय के लिए वजन में वृद्धि महसूस होती है। दावा करें कि इसका द्रव्यमानबदलता है, ऐसा नहीं होता। साथ ही, हम "शरीर के वजन" और उसके "द्रव्यमान" की अवधारणाओं को अलग करते हैं।
लोचदार बल
जब किसी पिंड का आकार (विरूपण) बदलता है, तो एक बल प्रकट होता है जो शरीर को उसके मूल आकार में लौटा देता है। इस बल को "लोचदार बल" नाम दिया गया था। यह शरीर को बनाने वाले कणों के विद्युतीय संपर्क के कारण उत्पन्न होता है।
आइए सबसे सरल विकृति पर विचार करें: तनाव और संपीड़न। निकायों के रैखिक आयामों में वृद्धि के साथ तनाव होता है, जबकि संपीड़न उनकी कमी के साथ होता है। इन प्रक्रियाओं की विशेषता वाले मूल्य को शरीर बढ़ाव कहा जाता है। आइए इसे "x" से निरूपित करें। लोचदार बल सूत्र सीधे बढ़ाव से संबंधित है। विरूपण के अधीन प्रत्येक शरीर के अपने ज्यामितीय और भौतिक पैरामीटर होते हैं। शरीर के गुणों और जिस सामग्री से इसे बनाया गया है, उस पर विरूपण के लोचदार प्रतिरोध की निर्भरता लोच के गुणांक द्वारा निर्धारित की जाती है, इसे कठोरता (k) कहते हैं।
लचीला अंतःक्रिया का गणितीय मॉडल हुक के नियम द्वारा वर्णित है।
शरीर के विरूपण से उत्पन्न होने वाला बल शरीर के अलग-अलग हिस्सों के विस्थापन की दिशा के विरुद्ध निर्देशित होता है, जो इसके बढ़ाव के समानुपाती होता है:
- Fy=-kx (वेक्टर संकेतन)।
"-" चिन्ह विरूपण और बल की विपरीत दिशा को इंगित करता है।
अदिश रूप में कोई ऋणात्मक चिन्ह नहीं होता है। लोचदार बल, जिसके सूत्र का निम्न रूप Fy=kx है, का उपयोग केवल लोचदार विकृति के लिए किया जाता है।
चुंबकीय क्षेत्र की विद्युत धारा के साथ परस्पर क्रिया
प्रभावदिष्ट धारा में चुंबकीय क्षेत्र का वर्णन एम्पीयर के नियम द्वारा किया जाता है। इस स्थिति में, चुंबकीय क्षेत्र में रखे विद्युत धारावाही चालक पर जिस बल से कार्य करता है, उसे एम्पीयर बल कहते हैं।
चुंबकीय क्षेत्र की गतिमान विद्युत आवेश के साथ परस्पर क्रिया के कारण बल प्रकट होता है। एम्पीयर बल, जिसका सूत्र F=IBlsinα है, क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण (B), कंडक्टर के सक्रिय भाग की लंबाई (l), कंडक्टर में वर्तमान ताकत (I) और कोण पर निर्भर करता है। धारा की दिशा और चुंबकीय प्रेरण के बीच।
आखिरी निर्भरता के कारण, यह तर्क दिया जा सकता है कि कंडक्टर घुमाए जाने पर या वर्तमान की दिशा में परिवर्तन होने पर चुंबकीय क्षेत्र का वेक्टर बदल सकता है। बाएं हाथ का नियम आपको कार्रवाई की दिशा निर्धारित करने की अनुमति देता है। यदि बायां हाथ इस प्रकार स्थित है कि चुंबकीय प्रेरण वेक्टर हथेली में प्रवेश करता है, चार अंगुलियों को कंडक्टर में धारा के साथ निर्देशित किया जाता है, तो अंगूठा 90° मुड़ा हुआ दिशा दिखाएगा चुंबकीय क्षेत्र।
मानव जाति द्वारा इस प्रभाव का उपयोग पाया गया है, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रिक मोटर में। रोटर का घूर्णन एक शक्तिशाली विद्युत चुंबक द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र के कारण होता है। बल सूत्र आपको इंजन की शक्ति को बदलने की संभावना का न्याय करने की अनुमति देता है। करंट या फील्ड स्ट्रेंथ में वृद्धि के साथ, टॉर्क बढ़ता है, जिसके परिणामस्वरूप मोटर पावर में वृद्धि होती है।
कण प्रक्षेपवक्र
आवेश के साथ चुंबकीय क्षेत्र की अन्योन्यक्रिया का व्यापक रूप से प्राथमिक कणों के अध्ययन में मास स्पेक्ट्रोग्राफ में उपयोग किया जाता है।
इस मामले में क्षेत्र की क्रिया के कारण बल का आभास होता हैलोरेंत्ज़ बल। जब एक निश्चित गति से गतिमान आवेशित कण चुंबकीय क्षेत्र में प्रवेश करता है, तो लोरेंत्ज़ बल, जिसका सूत्र F=vBqsinα होता है, कण को एक वृत्त में गति देता है।
इस गणितीय मॉडल में, v एक कण का वेग मापांक है जिसका विद्युत आवेश q है, B क्षेत्र का चुंबकीय प्रेरण है, α वेग और चुंबकीय प्रेरण की दिशाओं के बीच का कोण है।
कण एक वृत्त (या एक वृत्त के चाप) में गति करता है, क्योंकि बल और गति एक दूसरे से 90° कोण पर निर्देशित होते हैं। रैखिक वेग की दिशा बदलने से त्वरण का आभास होता है।
बाएं हाथ का नियम, जिसकी ऊपर चर्चा की गई है, लोरेंत्ज़ बल का अध्ययन करते समय भी होता है: यदि बायां हाथ इस तरह स्थित है कि चुंबकीय प्रेरण वेक्टर हथेली में प्रवेश करता है, तो एक रेखा में फैली चार अंगुलियों को साथ में निर्देशित किया जाता है एक धनात्मक आवेशित कण की गति, फिर अंगूठा मुड़ा हुआ 90° बल की दिशा को दर्शाता है।
प्लाज्मा मुद्दे
साइक्लोट्रॉन में चुंबकीय क्षेत्र और पदार्थ की परस्पर क्रिया का उपयोग किया जाता है। प्लाज्मा के प्रयोगशाला अध्ययन से जुड़ी समस्याएं इसे बंद बर्तनों में रखने की अनुमति नहीं देती हैं। एक अत्यधिक आयनित गैस केवल उच्च तापमान पर ही मौजूद हो सकती है। एक रिंग के रूप में गैस को घुमाकर चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से प्लाज्मा को अंतरिक्ष में एक स्थान पर रखा जा सकता है। नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं का अध्ययन चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके उच्च तापमान वाले प्लाज्मा को फिलामेंट में घुमाकर भी किया जा सकता है।
चुंबकीय क्षेत्र की क्रिया का एक उदाहरणविवो में आयनित गैस पर - ऑरोरा बोरेलिस। यह राजसी तमाशा आर्कटिक सर्कल से परे पृथ्वी की सतह से 100 किमी की ऊंचाई पर देखा जाता है। गैस की रहस्यमयी रंगीन चमक को केवल 20वीं सदी में ही समझाया जा सकता था। ध्रुवों के पास पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र सौर वायु को वायुमंडल में प्रवेश करने से नहीं रोक सकता। चुंबकीय प्रेरण की तर्ज पर निर्देशित सबसे सक्रिय विकिरण वातावरण के आयनीकरण का कारण बनता है।
प्रभारी आंदोलन से जुड़ी घटना
ऐतिहासिक रूप से, वह मुख्य मात्रा जो किसी चालक में धारा के प्रवाह की विशेषता होती है, वर्तमान शक्ति कहलाती है। दिलचस्प बात यह है कि इस अवधारणा का भौतिकी में बल से कोई लेना-देना नहीं है। वर्तमान ताकत, जिसके सूत्र में कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन के माध्यम से प्रति यूनिट समय बहने वाला चार्ज शामिल है:
I=q/t, जहां t चार्ज फ्लो टाइम q है।
वास्तव में, वर्तमान ताकत चार्ज की राशि है। इसकी माप की इकाई एन के विपरीत एम्पीयर (ए) है।
बल के कार्य का निर्धारण
किसी पदार्थ पर बल की कार्रवाई कार्य के प्रदर्शन के साथ होती है। बल का कार्य एक भौतिक मात्रा है जो संख्यात्मक रूप से बल के गुणनफल और उसकी क्रिया के तहत विस्थापन के बराबर होती है, और बल की दिशाओं और विस्थापन के बीच के कोण के कोसाइन के बराबर होती है।
बल का वांछित कार्य, जिसका सूत्र A=FScosα है, में बल का परिमाण शामिल है।
शरीर की क्रिया के साथ शरीर की गति या विकृति में परिवर्तन होता है, जो ऊर्जा में एक साथ परिवर्तन का संकेत देता है। बल द्वारा किया गया कार्य निर्भर करता हैमान।
