गतिशीलता: इतिहास, यह क्या अध्ययन करता है, कानून और सिद्धांत - शारीरिक - 2025

गतिशील कि निकायों और उनके प्रभाव के बीच संबंधों का अध्ययन करता है यांत्रिकी के क्षेत्र है। यह उन्हें गुणात्मक और मात्रात्मक रूप से वर्णन करने के साथ-साथ यह भविष्यवाणी करता है कि वे समय के साथ कैसे विकसित होंगे।

इसके सिद्धांतों को लागू करते हुए, यह जाना जाता है कि किसी अन्य के साथ बातचीत करते समय किसी पिंड की गति को कैसे संशोधित किया जाता है, और यह भी कि अगर ये अंतःक्रियाएं इसे विकृत करती हैं, क्योंकि यह पूरी तरह से संभव है कि दोनों प्रभाव एक ही समय में होते हैं।

चित्रा 1. साइकिल चालक पर बातचीत उनके आंदोलन को संशोधित करती है। स्रोत: पिक्साबे

महान ग्रीक दार्शनिक अरस्तू (384-322 ईसा पूर्व) की मान्यताएं सदियों से पश्चिम में गतिशीलता की नींव के रूप में प्रचलित थीं। उसने सोचा कि वस्तुओं को किसी प्रकार की ऊर्जा के कारण स्थानांतरित किया गया है जिसने उन्हें एक दिशा या किसी अन्य में धकेल दिया है।

उन्होंने यह भी देखा कि जब किसी वस्तु को धक्का दिया जा रहा होता है, तो वह स्थिर गति से चलती है, लेकिन जब धक्का देना बंद कर दिया जाता है, तो वह रुकने तक धीरे-धीरे चलती है।

अरस्तू के अनुसार, निरंतर गति से कुछ करने के लिए एक स्थिर बल की क्रिया आवश्यक थी, लेकिन क्या होता है कि इस दार्शनिक के पास घर्षण का प्रभाव नहीं था।

उनका एक और विचार यह था कि भारी वस्तुएं लाइटर की तुलना में तेजी से गिरती हैं। यह महान गैलीलियो गैलीली (1564-1642) था जिन्होंने प्रयोगों के माध्यम से प्रदर्शित किया कि सभी पिंड अपने द्रव्यमान की परवाह किए बिना एक ही त्वरण के साथ गिरते हैं, चिपचिपा प्रभाव की उपेक्षा करते हैं।

लेकिन यह आइजैक न्यूटन (1642-1727) है, जो अब तक का सबसे उल्लेखनीय वैज्ञानिक है, जो गॉटफ्रीड लीबनिज के साथ, आधुनिक गतिकी और गणितीय गणना का जनक माना जाता है।

चित्र 2. गॉडफ्रे नेलर द्वारा 1682 में आइजैक न्यूटन। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

17 वीं शताब्दी के दौरान तैयार किए गए इसके प्रसिद्ध कानून आज भी मान्य और नए बने हुए हैं। वे शास्त्रीय यांत्रिकी की नींव हैं, जो हम हर दिन देखते हैं और हमें प्रभावित करते हैं। इन कानूनों पर जल्द ही चर्चा की जाएगी।

डायनेमिक्स क्या अध्ययन करता है?

डायनेमिक्स वस्तुओं के बीच परस्पर क्रिया का अध्ययन करता है। जब ऑब्जेक्ट्स इंटरैक्ट करते हैं तो उनके आंदोलन और विकृति में परिवर्तन होते हैं। स्थैतिक नामक एक विशेष क्षेत्र संतुलन में उन प्रणालियों के लिए समर्पित है, जो आराम से या समान आयताकार गति के साथ हैं।

गतिकी के सिद्धांतों को लागू करना, समीकरणों के माध्यम से, समय में वस्तुओं के परिवर्तन और विकास क्या होंगे, इसका अनुमान लगाना संभव है। ऐसा करने के लिए, सिस्टम के अध्ययन के प्रकार के आधार पर कुछ धारणाएं स्थापित की जाती हैं।

कण, कठोर ठोस और निरंतर मीडिया

कण मॉडल गतिकी के सिद्धांतों को लागू करने के लिए सबसे सरल है। इसमें यह माना जाता है कि अध्ययन की जाने वाली वस्तु में द्रव्यमान होता है, लेकिन कोई आयाम नहीं। इसलिए एक कण एक इलेक्ट्रॉन जितना छोटा या पृथ्वी या सूर्य जितना बड़ा हो सकता है।

जब आप डायनेमिक्स पर आकार के प्रभाव का निरीक्षण करना चाहते हैं, तो वस्तुओं के आकार और आकार पर विचार करना आवश्यक है। एक मॉडल जो इसे ध्यान में रखता है वह कठोर ठोस है, एक शरीर जो बहुत सारे कणों से बना औसत दर्जे का आयाम है, लेकिन जो बलों के प्रभाव में ख़राब नहीं होता है।

अंत में, निरंतर मीडिया के यांत्रिकी न केवल ऑब्जेक्ट के आयामों को ध्यान में रखते हैं, बल्कि इसकी विशिष्ट विशेषताओं को भी शामिल करते हैं, जिसमें यह ख़राब करने की क्षमता भी शामिल है। निरंतर मीडिया कठोर और गैर-कठोर ठोस, साथ ही तरल पदार्थ शामिल करता है।

न्यूटन के नियम

डायनेमिक्स कैसे काम करता है, यह समझने की कुंजी न्यूटन के नियमों की गहन समझ है, जो मात्रात्मक रूप से शरीर पर काम करने वाली ताकतों को उसकी गति या आराम की स्थिति में बदलाव से जोड़ते हैं।

न्यूटन का पहला नियम

न्यूटन के पहले कानून की व्याख्या। स्रोत: स्व बनाया

ऐसा कहते हैं:

बयान का पहला भाग काफी स्पष्ट लगता है, क्योंकि यह स्पष्ट है कि आराम से एक वस्तु उस तरह से रहेगी, जब तक कि यह परेशान न हो। और इसके लिए एक बल की आवश्यकता होती है।

दूसरी ओर, यह तथ्य कि कोई वस्तु गति में बनी रहती है, तब भी जब उस पर शुद्ध बल शून्य होता है, इसे स्वीकार करना थोड़ा मुश्किल होता है, क्योंकि ऐसा लगता है कि कोई वस्तु अनिश्चित काल तक गति में रह सकती है। और रोजमर्रा का अनुभव हमें बताता है कि जल्दी या बाद में चीजें धीमी हो जाती हैं।

इस स्पष्ट विरोधाभास का जवाब घर्षण में है। वास्तव में, यदि कोई वस्तु पूरी तरह से चिकनी सतह पर चलती है, तो यह अनिश्चित काल तक कर सकता है, यह मानते हुए कि कोई अन्य बल गति को भिन्न नहीं करता है।

चूंकि पूरी तरह से घर्षण को खत्म करना असंभव है, एक स्थिर गति से शरीर जिस स्थिति में अनिश्चित काल तक चलता है वह एक आदर्शीकरण है।

अंत में, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि हालांकि शुद्ध बल शून्य है, यह जरूरी नहीं कि वस्तु पर बलों की कुल अनुपस्थिति का प्रतिनिधित्व करता है।

पृथ्वी की सतह पर वस्तुएं हमेशा गुरुत्वाकर्षण आकर्षण का अनुभव करती हैं। एक मेज पर आराम करने वाली एक किताब इस तरह से बनी हुई है, क्योंकि तालिका की सतह एक ऐसे बल को निकालती है जो वजन का प्रतिकार करती है।

न्यूटन का दूसरा नियम

न्यूटन के दूसरे नियम की व्याख्या। स्रोत: स्व बनाया

न्यूटन का पहला कानून यह बताता है कि किसी वस्तु का क्या होता है जिस पर शुद्ध या परिणामी बल शून्य होता है। अब डायनामिक्स या न्यूटन के दूसरे कानून का मौलिक नियम बताता है कि जब शुद्ध बल रद्द नहीं होगा तो क्या होगा:

वास्तव में, एक लागू बल जितना अधिक होगा, किसी वस्तु के वेग में उतना अधिक परिवर्तन होगा। और अगर एक ही बल अलग-अलग द्रव्यमान की वस्तुओं पर लागू किया जाता है, तो सबसे बड़ा परिवर्तन उन वस्तुओं द्वारा अनुभव किया जाएगा जो हल्के और स्थानांतरित करने में आसान हैं। हर दिन का अनुभव इन कथनों से सहमत है।

न्यूटन का तीसरा नियम

एक अंतरिक्ष रॉकेट निष्कासित गैसों के लिए आवश्यक प्रणोदन धन्यवाद प्राप्त करता है। स्रोत: पिक्साबे

न्यूटन के पहले दो कानून एक ही वस्तु को संदर्भित करते हैं। लेकिन तीसरा नियम दो वस्तुओं को संदर्भित करता है। हम उन्हें ऑब्जेक्ट 1 और ऑब्जेक्ट 2 का नाम देंगे:

एफ ₁₂ = - एफ ₂₁

वास्तव में, जब भी कोई शरीर किसी बल से प्रभावित होता है, तो ऐसा इसलिए होता है क्योंकि दूसरा कारण पैदा करने के लिए जिम्मेदार होता है। इस प्रकार, पृथ्वी पर वस्तुओं का वजन होता है, क्योंकि यह उन्हें अपने केंद्र की ओर आकर्षित करती है। एक इलेक्ट्रिक चार्ज को उसी संकेत के एक और चार्ज द्वारा निरस्त किया जाता है, क्योंकि यह पहले एक पर एक प्रतिकारक बल लगाता है, और इसी तरह।

चित्रा 3. न्यूटन के नियमों का सारांश। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स Hugo4914।

संरक्षण के सिद्धांत

गतिकी में कई मात्राएँ होती हैं जिन्हें संचलन के दौरान संरक्षित किया जाता है और जिनका अध्ययन आवश्यक है। वे एक ठोस स्तंभ की तरह होते हैं, जिसमें उन समस्याओं को हल करने के लिए संलग्न करना संभव होता है जिनमें सेनाएं बहुत जटिल तरीकों से बदलती हैं।

एक उदाहरण: बस जब दो वाहन टकराते हैं, तो उनके बीच बातचीत बहुत तीव्र लेकिन संक्षिप्त होती है। इतनी तीव्र कि किसी अन्य बलों को ध्यान में रखने की आवश्यकता नहीं है, इसलिए वाहनों को एक पृथक प्रणाली के रूप में माना जा सकता है।

लेकिन इस गहन बातचीत का वर्णन करना आसान काम नहीं है, क्योंकि इसमें ऐसी ताकतें शामिल हैं जो समय के साथ-साथ अंतरिक्ष में भी बदलती रहती हैं। हालांकि, यह मानकर कि वाहन एक पृथक प्रणाली का निर्माण करते हैं, उनके बीच की शक्तियां आंतरिक हैं, और गति संरक्षित है।

गति का संरक्षण करके यह अनुमान लगाना संभव है कि टक्कर के बाद वाहन कैसे आगे बढ़ेंगे।

डायनेमिक्स में दो सबसे महत्वपूर्ण संरक्षण सिद्धांत यहां दिए गए हैं:

ऊर्जा सरंक्षण

प्रकृति में दो प्रकार की ताकतें हैं: रूढ़िवादी और गैर-रूढ़िवादी। वजन पूर्व का एक अच्छा उदाहरण है, जबकि घर्षण उत्तरार्द्ध का एक अच्छा उदाहरण है।

खैर, रूढ़िवादी ताकतों की विशेषता है क्योंकि वे सिस्टम के कॉन्फ़िगरेशन में ऊर्जा के भंडारण की संभावना प्रदान करते हैं। यह तथाकथित संभावित ऊर्जा है।

जब किसी पिंड में संभावित ऊर्जा जैसे कि वजन और गति में जाने की क्रिया के लिए संभावित ऊर्जा होती है, तो यह संभावित ऊर्जा गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। दोनों ऊर्जाओं के योग को तंत्र की यांत्रिक ऊर्जा कहा जाता है और जो संरक्षित है, वह स्थिर है।

चलो यू संभावित ऊर्जा, कश्मीर गतिज ऊर्जा है, और ई _मीटर यांत्रिक ऊर्जा। यदि केवल रूढ़िवादी बल किसी वस्तु पर कार्य करते हैं, तो यह सच है कि:

इस प्रकार:

गति का संरक्षण

यह सिद्धांत न केवल तब लागू होता है जब दो वाहन टकराते हैं। यह एक गुंजाइश के साथ भौतिकी का नियम है जो स्थूल दुनिया से परे है।

गति सौर, तारकीय और आकाशगंगा प्रणालियों के स्तर पर संरक्षित है। और यह परमाणु और परमाणु नाभिक के पैमाने पर भी करता है, इस तथ्य के बावजूद कि न्यूटनियन यांत्रिकी वहां मान्य होना बंद कर देता है।

चलो पी हो गति द्वारा दिए गए वेक्टर:

प = म। v

पाने पी समय के संबंध में:

यदि द्रव्यमान स्थिर रहता है:

इसलिए हम न्यूटन का दूसरा नियम इस तरह लिख सकते हैं:

_नेट एफ = डी पी / डीटी

यदि दो निकाय m ₁ और m ₂ एक पृथक प्रणाली बनाते हैं, तो उनके बीच की शक्तियां आंतरिक हैं और न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार, वे F ₁ = - F _{2 के} बराबर और विपरीत हैं, जिसे पूरा किया जा रहा है:

यदि परिमाण के समय के संबंध में व्युत्पन्न शून्य है, तो इसका मतलब है कि परिमाण स्थिर है। इसलिए, एक पृथक प्रणाली में, यह कहा जा सकता है कि प्रणाली की गति संरक्षित है:

पी ₁ + पी ₂ = स्थिर

फिर भी, पी ₁ और पी ₂ अलग-अलग हो सकते हैं। एक प्रणाली की गति को पुनर्वितरित किया जा सकता है, लेकिन क्या मायने रखता है कि इसकी राशि अपरिवर्तित बनी हुई है।

गतिशीलता में प्रदर्शित अवधारणाएँ

गतिशीलता में कई महत्वपूर्ण अवधारणाएं हैं, लेकिन उनमें से दो बाहर खड़े हैं: द्रव्यमान और बल। बल पर पहले से ही पहले और नीचे टिप्पणी की गई सबसे प्रमुख अवधारणाओं के साथ एक सूची है जो गतिशीलता के अध्ययन में इसके बगल में दिखाई देती है:

जड़ता

यह संपत्ति है कि वस्तुओं को अपने आराम या आंदोलन की स्थिति में परिवर्तन का विरोध करना पड़ता है। द्रव्यमान वाली सभी वस्तुओं में जड़ता होती है और यह बहुत बार अनुभव किया जाता है, उदाहरण के लिए जब एक त्वरित कार में यात्रा करते हैं, तो यात्री आराम से रहते हैं, जिसे सीट के पीछे चिपके रहने की अनुभूति के रूप में माना जाता है।

और अगर कार अचानक रुक जाती है, तो यात्रियों को आगे बढ़ने की प्रवृत्ति होती है, आगे की गति के बाद, इसलिए उन्हें सीट बेल्ट पहनना हमेशा महत्वपूर्ण होता है।

चित्र 4. कार से यात्रा करते समय, जड़ता हमें दुर्घटना का कारण बनाती है जब कार तेजी से ब्रेक करती है। स्रोत: पिक्साबे

द्रव्यमान

द्रव्यमान जड़ता का माप है, क्योंकि किसी पिंड का द्रव्यमान जितना अधिक होता है, उसे गतिमान करने में उतनी ही कठिनाई होती है या यह गति को बदलने का कारण बनता है। द्रव्यमान एक स्केलर मात्रा है, इसका मतलब यह है कि शरीर के द्रव्यमान को निर्दिष्ट करने के लिए संख्यात्मक मान के साथ-साथ चयनित इकाई देना आवश्यक है, जो कि किलो, पाउंड, ग्राम और बहुत कुछ हो सकता है।

वजन

भार वह बल है जिसके साथ पृथ्वी अपनी सतह को अपने केंद्र की ओर खींचती है।

क्योंकि यह एक बल है, वजन में एक सदिश चरित्र है, इसलिए यह पूरी तरह से निर्दिष्ट किया जाता है जब इसकी परिमाण या संख्यात्मक मूल्य, इसकी दिशा और इसकी भावना को इंगित किया जाता है, जिसे हम पहले से ही जानते हैं कि नीचे की ओर है।

इस प्रकार, हालांकि संबंधित, वजन और द्रव्यमान समान नहीं हैं, समकक्ष भी नहीं हैं, क्योंकि पहला एक वेक्टर है और दूसरा एक अदिश।

संदर्भ प्रणाली

एक आंदोलन का विवरण चुने हुए संदर्भ के आधार पर भिन्न हो सकता है। जो लोग एक लिफ्ट में जा रहे हैं वे इसे तय किए गए संदर्भ के एक फ्रेम के अनुसार आराम कर रहे हैं, लेकिन जमीन पर एक पर्यवेक्षक द्वारा देखा जाता है, यात्री आगे बढ़ रहे हैं।

यदि कोई निकाय संदर्भ के एक फ्रेम के बारे में गति का अनुभव करता है, लेकिन दूसरे में आराम कर रहा है, तो न्यूटन के नियम दोनों पर लागू नहीं हो सकते। वास्तव में, न्यूटन के नियम संदर्भ के कुछ फ्रेमों पर लागू होते हैं: जो कि जड़त्वीय हैं।

जड़त्वीय संदर्भ फ़्रेमों में, जब तक वे किसी तरह से परेशान नहीं होते - तब तक बल लगाने से निकायों में तेजी नहीं आती।

काल्पनिक बल

काल्पनिक बल या छद्म बल तब प्रकट होते हैं जब किसी त्वरित संदर्भ फ्रेम में किसी पिंड की गति का विश्लेषण किया जाता है। एक काल्पनिक बल प्रतिष्ठित है क्योंकि इसकी उपस्थिति के लिए जिम्मेदार एजेंट की पहचान करना संभव नहीं है।

केन्द्रापसारक बल काल्पनिक बल का एक अच्छा उदाहरण है। हालांकि, यह तथ्य यह है कि यह उन लोगों के लिए कोई कम वास्तविक नहीं बनाता है जो इसे अनुभव करते हैं जब वे अपनी कारों को चालू करते हैं और महसूस करते हैं कि एक अदृश्य हाथ उन्हें वक्र से बाहर धकेल रहा है।

त्वरण

इस महत्वपूर्ण वेक्टर का पहले ही उल्लेख किया जा चुका है। एक वस्तु तब तक त्वरण का अनुभव करती है जब तक कोई बल होता है जो उसकी गति को बदल देता है।

काम और ऊर्जा

जब कोई वस्तु किसी वस्तु पर कार्य करती है और वह अपनी स्थिति बदल लेती है, तो बल ने कार्य किया है। और यह काम ऊर्जा के रूप में संग्रहीत किया जा सकता है। इसलिए, ऑब्जेक्ट पर काम किया जाता है, धन्यवाद जिससे यह ऊर्जा प्राप्त करता है।

निम्न उदाहरण बिंदु को साफ करता है: मान लीजिए कि कोई व्यक्ति एक पॉट को जमीन के स्तर से ऊपर उठाता है।

इसके लिए, इसे एक बल को लागू करना चाहिए और गुरुत्वाकर्षण को दूर करना चाहिए, इसलिए यह पॉट पर काम करता है और यह कार्य पॉट में गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा के रूप में संग्रहीत किया जाता है, इसके द्रव्यमान के आनुपातिक और मंजिल से ऊपर पहुंचने की ऊंचाई।:

जहाँ m द्रव्यमान है, g गुरुत्वाकर्षण है, और h ऊँचाई है। एक बार ऊँचाई h पर बर्तन क्या कर सकता है? ठीक है, यह गिर सकता है और जैसे-जैसे यह गिरता है, गुरुत्वाकर्षण क्षमता यह कम हो जाती है, जबकि गतिज या गति ऊर्जा बढ़ती है।

काम करने के लिए एक बल के लिए, यह एक विस्थापन का उत्पादन करना चाहिए जो बल के समानांतर होना चाहिए। यदि ऐसा नहीं होता है, तो बल अभी भी ऑब्जेक्ट पर कार्य करता है, लेकिन उस पर काम नहीं करता है।

संबंधित विषय

न्यूटन का पहला नियम।

न्यूटन का दूसरा नियम।

न्यूटन का तीसरा नियम।

पदार्थ के संरक्षण का नियम।

संदर्भ

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