भौतिकी में अंतरिक्ष में विभिन्न पिंडों की गति का अध्ययन एक विशेष खंड - यांत्रिकी द्वारा किया जाता है। उत्तरार्द्ध, बदले में, कीनेमेटीक्स और गतिकी में विभाजित है। इस लेख में, हम भौतिक विज्ञान में यांत्रिकी के नियमों पर विचार करेंगे, जो निकायों के अनुवाद और घूर्णी गति की गतिशीलता पर ध्यान केंद्रित करते हैं।
ऐतिहासिक पृष्ठभूमि
शरीर कैसे और क्यों चलते हैं, यह प्राचीन काल से ही दार्शनिकों और वैज्ञानिकों के लिए रुचिकर रहा है। तो अरस्तू का मानना था कि वस्तुएं अंतरिक्ष में केवल इसलिए चलती हैं क्योंकि उन पर कुछ बाहरी प्रभाव होता है। अगर इस प्रभाव को रोक दिया जाए तो शरीर तुरंत बंद हो जाएगा। कई प्राचीन यूनानी दार्शनिकों का मानना था कि सभी निकायों की प्राकृतिक अवस्था विश्राम है।
नए युग के आगमन के साथ, कई वैज्ञानिकों ने यांत्रिकी में गति के नियमों का अध्ययन करना शुरू किया। इसे ह्यूजेन्स, हुक और गैलीलियो जैसे नामों पर ध्यान दिया जाना चाहिए। उत्तरार्द्ध ने प्राकृतिक घटनाओं के अध्ययन के लिए एक वैज्ञानिक दृष्टिकोण विकसित किया और, वास्तव में, यांत्रिकी के पहले कानून की खोज की, हालांकि, उसका अंतिम नाम नहीं है।
1687 में, एक वैज्ञानिक प्रकाशन प्रकाशित हुआ, जिसके लेखकअंग्रेज आइजैक न्यूटन। अपने वैज्ञानिक कार्य में, उन्होंने स्पष्ट रूप से अंतरिक्ष में पिंडों की गति के बुनियादी नियमों को तैयार किया, जिन्होंने सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम के साथ, न केवल यांत्रिकी, बल्कि सभी आधुनिक शास्त्रीय भौतिकी का आधार बनाया।
न्यूटन के नियमों के बारे में
उन्हें शास्त्रीय यांत्रिकी के नियम भी कहा जाता है, सापेक्षतावाद के विपरीत, जिनकी अवधारणाएं 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा निर्धारित की गई थीं। पहले में केवल तीन मुख्य नियम हैं जिनके आधार पर भौतिकी की पूरी शाखा आधारित है। उन्हें इस तरह कहा जाता है:
- जड़ता का नियम।
- बल और त्वरण के बीच संबंध का नियम।
- कार्रवाई और प्रतिक्रिया का नियम।
ये तीन कानून मुख्य क्यों हैं? यह सरल है, यांत्रिकी का कोई भी सूत्र उनसे प्राप्त किया जा सकता है, हालाँकि, कोई भी सैद्धांतिक सिद्धांत उनमें से किसी की ओर नहीं ले जाता है। ये कानून कई टिप्पणियों और प्रयोगों से विशेष रूप से पालन करते हैं। व्यवहार में विभिन्न समस्याओं को हल करने में उनकी सहायता से प्राप्त भविष्यवाणियों की विश्वसनीयता से उनकी वैधता की पुष्टि होती है।
जड़ता कानून
यांत्रिकी में न्यूटन का पहला नियम कहता है कि कोई भी पिंड उस पर बाहरी प्रभाव के अभाव में किसी भी जड़त्वीय संदर्भ में आराम या रेक्टिलिनियर गति की स्थिति बनाए रखेगा।
इस कानून को समझने के लिए रिपोर्टिंग सिस्टम को समझना होगा। इसे केवल तभी जड़त्वीय कहा जाता है जब यह बताए गए कानून को पूरा करता है। दूसरे शब्दों में, जड़त्वीय प्रणाली में नहीं हैकाल्पनिक ताकतें हैं जिन्हें पर्यवेक्षकों द्वारा महसूस किया जाएगा। उदाहरण के लिए, एक समान रूप से और एक सीधी रेखा में चलने वाली प्रणाली को जड़त्वीय माना जा सकता है। दूसरी ओर, एक प्रणाली जो एक अक्ष के बारे में समान रूप से घूमती है, उसमें काल्पनिक केन्द्रापसारक बल की उपस्थिति के कारण गैर-जड़त्वीय है।
जड़ता का नियम इस कारण को स्थापित करता है कि आंदोलन की प्रकृति क्यों बदलती है। इसका कारण बाहरी बल की उपस्थिति है। ध्यान दें कि शरीर पर कई बल कार्य कर सकते हैं। इस मामले में, उन्हें वैक्टर के नियम के अनुसार जोड़ा जाना चाहिए, यदि परिणामी बल शून्य के बराबर है, तो शरीर अपनी समान गति जारी रखेगा। यह समझना भी महत्वपूर्ण है कि शास्त्रीय यांत्रिकी में किसी पिंड की एकसमान गति और उसकी विराम अवस्था में कोई अंतर नहीं होता है।
न्यूटन का दूसरा नियम
उनका कहना है कि अंतरिक्ष में पिंड की गति की प्रकृति को बदलने का कारण उस पर लागू एक बाहरी गैर-शून्य बल की उपस्थिति है। वास्तव में, यह कानून पिछले एक की निरंतरता है। इसका गणितीय अंकन इस प्रकार है:
F¯=ma¯.
यहाँ, मात्रा a¯ वह त्वरण है जो वेग वेक्टर के परिवर्तन की दर का वर्णन करता है, m पिंड का जड़त्वीय द्रव्यमान है। चूँकि m हमेशा शून्य से बड़ा होता है, बल और त्वरण सदिश एक ही दिशा में इंगित करते हैं।
माना गया कानून यांत्रिकी में बड़ी संख्या में घटनाओं पर लागू होता है, उदाहरण के लिए, मुक्त गिरने की प्रक्रिया का वर्णन करने के लिए, एक कार के त्वरण के साथ आंदोलन, एक झुके हुए विमान के साथ एक बार का खिसकना, दोलन एक पेंडुलम का,वसंत तराजू और इतने पर तनाव। यह कहना सुरक्षित है कि यह गतिकी का मुख्य नियम है।
गति और गति
यदि आप सीधे न्यूटन के वैज्ञानिक कार्य की ओर मुड़ें, तो आप देख सकते हैं कि वैज्ञानिक ने स्वयं यांत्रिकी के दूसरे नियम को कुछ अलग तरीके से तैयार किया:
Fdt=dp, जहाँ p=mv.
मान p को संवेग कहते हैं। कई लोग गलती से इसे शरीर का आवेग कहते हैं। गति की मात्रा एक जड़त्वीय-ऊर्जा विशेषता है जो शरीर के द्रव्यमान और उसकी गति के गुणनफल के बराबर होती है।
संवेग को कुछ मान से बदलें dp केवल एक बाहरी बल F द्वारा किया जा सकता है जो समय अंतराल dt के दौरान शरीर पर कार्य करता है। किसी बल के गुणनफल और उसकी क्रिया की अवधि को बल का आवेग या केवल आवेग कहा जाता है।
जब दो पिंड टकराते हैं, तो उनके बीच एक टकराव बल कार्य करता है, जो प्रत्येक पिंड की गति को बदल देता है, हालांकि, चूंकि यह बल अध्ययन के तहत दो निकायों की प्रणाली के संबंध में आंतरिक है, इससे कोई परिवर्तन नहीं होता है प्रणाली की कुल गति में। इस तथ्य को संवेग के संरक्षण का नियम कहते हैं।
त्वरण के साथ स्पिन
यदि न्यूटन द्वारा प्रतिपादित यांत्रिकी के नियम को घूर्णन गति पर लागू किया जाए, तो निम्न व्यंजक प्राप्त होगा:
एम=मैंα.
यहाँ M - कोणीय संवेग - यह एक ऐसा मान है जो सिस्टम में एक मोड़ बनाने के लिए बल की क्षमता को दर्शाता है। बल के क्षण की गणना वेक्टर बल के उत्पाद के रूप में की जाती है और त्रिज्या वेक्टर को अक्ष से निर्देशित किया जाता हैआवेदन बिंदु। मात्रा I जड़त्व का क्षण है। बल के क्षण की तरह, यह घूर्णन प्रणाली के मापदंडों पर निर्भर करता है, विशेष रूप से, अक्ष के सापेक्ष शरीर द्रव्यमान के ज्यामितीय वितरण पर। अंत में, मान α कोणीय त्वरण है, जो आपको यह निर्धारित करने की अनुमति देता है कि कोणीय वेग प्रति सेकंड कितने रेडियन बदलता है।
यदि आप लिखित समीकरण को ध्यान से देखें और दूसरे न्यूटनियन नियम से इसके मूल्यों और संकेतकों के बीच एक सादृश्य बनाएं, तो हमें उनकी पूरी पहचान मिल जाएगी।
कार्रवाई और प्रतिक्रिया का नियम
यांत्रिकी के तीसरे नियम पर विचार करना हमारे लिए बाकी है। यदि पहले दो, एक तरह से या किसी अन्य, न्यूटन के पूर्ववर्तियों द्वारा तैयार किए गए थे, और वैज्ञानिक ने उन्हें केवल एक सामंजस्यपूर्ण गणितीय रूप दिया था, तो तीसरा कानून महान अंग्रेज के मूल दिमाग की उपज है। तो, यह कहता है: यदि दो निकाय परस्पर संपर्क में आते हैं, तो उनके बीच कार्य करने वाले बल परिमाण में बराबर और दिशा में विपरीत होते हैं। संक्षेप में, हम कह सकते हैं कि कोई भी क्रिया प्रतिक्रिया का कारण बनती है।
एफ12¯=-एफ21¯.
यहाँ F12¯ और F21¯ - पहले शरीर की तरफ से दूसरे तक और दूसरी तरफ से अभिनय करना पहली ताकत के लिए, क्रमशः।
ऐसे कई उदाहरण हैं जो इस कानून की पुष्टि करते हैं। उदाहरण के लिए, एक छलांग के दौरान, एक व्यक्ति को पृथ्वी की सतह से खदेड़ दिया जाता है, बाद वाला उसे ऊपर धकेल देता है। वही वॉकर चलने और तैराक की पूल दीवार को धक्का देने के लिए जाता है। एक और उदाहरण, यदि आप मेज पर अपना हाथ दबाते हैं, तो विपरीत महसूस होता है।हाथ पर मेज का प्रभाव, जिसे सहारा का प्रतिक्रिया बल कहते हैं।
न्यूटन के तीसरे नियम के लागू होने पर समस्याओं को हल करते समय यह नहीं भूलना चाहिए कि क्रिया बल और प्रतिक्रिया बल अलग-अलग निकायों पर लागू होते हैं, इसलिए वे उन्हें अलग-अलग त्वरण देते हैं।
