धडा 6: बलांचा गतीवर होणारा परिणाम

बल म्हणजे ढकलणे किंवा ओढणे. बल गती सुरू करू किंवा थांबवू शकते, वेग बदलू शकते, दिशा बदलू शकते किंवा आकार बदलू शकते. बलाला परिमाण (किती जोरात) आणि दिशा (कोणत्या बाजूला) दोन्ही असतात, म्हणून दोन्ही सांगावी लागतात. बलाचे SI एकक न्यूटन (N) आहे आणि स्प्रिंग काटा ते मोजतो. वस्तूचे वजन म्हणजे पृथ्वी तिला ज्या बलाने खेचते ते बल. काही बलांना स्पर्श लागतो, जसे लाथ; तर गुरुत्वाकर्षणासारखी बले अंतरावरून कार्य करतात.

वस्तूवरील बले संतुलित किंवा असंतुलित असू शकतात. परिमाणात समान आणि दिशेत विरुद्ध अशी दोन बले संतुलित असतात आणि एकमेकांना रद्द करतात. सर्व बलांचा मिळून जो परिणाम होतो तेवढा परिणाम करणारे एक बल म्हणजे परिणामी बल. एका रेषेत, एकाच दिशेची बले बेरीज होतात आणि विरुद्ध दिशेची बले वजा होतात; परिणामी बल मोठ्या बलाच्या दिशेने असते. परिणामी बल शून्य असेल तर बले संतुलित असतात. शून्य नसेल तर बले असंतुलित असतात आणि गती बदलते.

घर्षण हे दोन संपर्कातील पृष्ठांमध्ये निर्माण होणारे बल असून ते त्यांच्या सापेक्ष गतीला विरोध करते. त्याची दिशा गतीच्या किंवा गती होण्याच्या प्रवृत्तीच्या विरुद्ध असते. ते पृष्ठांच्या स्वरूपावर अवलंबून असते: खडबडीत पृष्ठांवर घर्षण गुळगुळीत पृष्ठांपेक्षा जास्त असते. पेटीला हलके ढकलले तर ती हलत नाही कारण घर्षण ढकलण्याला संतुलित करते; ढकलणे कमाल घर्षणापेक्षा जास्त झाल्यावरच ती हलू लागते. घर्षणामुळे आपण चालतो, पकड घेतो आणि ब्रेक लावतो. सर्व घर्षण नाहीसे झाले तर गतिमान वस्तू स्थिर वेगाने चालतच राहील.

न्यूटनचा पहिला नियम सांगतो की स्थिर वस्तू स्थिरच राहते आणि गतिमान वस्तू स्थिर वेगाने चालतच राहते, जोपर्यंत तिच्यावर परिणामी बल कार्य करत नाही. गतीतील बदलाला विरोध करण्याच्या या प्रवृत्तीला जडत्व म्हणतात. परिणामी बल शून्य असेल तर त्वरण शून्य असते. अशा गतीचा वेग-काळ आलेख आडवी रेषा आणि स्थिती-काळ आलेख सरळ रेषा असतो. वस्तू चालू ठेवण्यासाठी नाही, तर फक्त वेग बदलण्यासाठी परिणामी बल लागते.

न्यूटनचा दुसरा नियम सांगतो की वस्तूचे त्वरण परिणामी बलाशी समप्रमाणात आणि तिच्या वस्तुमानाशी व्यस्तप्रमाणात असते. सूत्ररूपात F = ma, किंवा a = F ÷ m. त्वरणाची दिशा परिणामी बलाच्या दिशेची असते. एक न्यूटन म्हणजे 1 kg वस्तुमानाला 1 m/s² त्वरण देणारे बल, म्हणून 1 N = 1 kg·m/s². बल दुप्पट केले की त्वरण दुप्पट होते आणि वस्तुमान दुप्पट केले की ते निम्मे होते.

वस्तूचे वजन F = mg असते, जेथे g ≈ 9.8 m/s² हे गुरुत्वीय त्वरण एका ठिकाणी सर्व वस्तुमानांसाठी सारखेच असते. वेग बदलण्यासाठी लागणारे बल दुसऱ्या नियमानेच काढता येते: आधी a = (v − u) ÷ t वरून त्वरण काढा, मग F = ma वापरा. थांबण्याचा वेळ जास्त म्हणजे त्वरण कमी आणि म्हणून बल कमी; म्हणून हात मागे घेऊन झेलणे, एअरबॅग आणि उतरण्याच्या गाद्या बल कमी करतात. वेग-काळ आलेखावर रेषा जास्त तीव्र म्हणजे परिणामी बल जास्त.

न्यूटनचा तिसरा नियम सांगतो की प्रत्येक क्रियेला समान आणि विरुद्ध प्रतिक्रिया असते. ही दोन बले नेहमी जोडीने येतात, परिमाणात समान आणि दिशेत विरुद्ध असतात आणि दोन वेगळ्या वस्तूंवर कार्य करतात, म्हणून ती कधीच एकमेकांना रद्द करत नाहीत. हा नियम संपर्क बलांना आणि अंतरावरील बलांनाही लागू होतो. बले समान असली तरी वस्तुमाने वेगळी असल्यामुळे त्वरणे असमान असू शकतात, जसे बंदूक आणि गोळी किंवा पृथ्वी आणि पडणारे फळ.

प्रणाली म्हणजे एकत्र विचारात घेतलेल्या वस्तूंचा गट. प्रणालीच्या बाहेरून लागणारी बले म्हणजे बाह्य बले आणि भागांमधील बले म्हणजे अंतर्गत बले. अंतर्गत बले समान आणि विरुद्ध जोड्यांत येतात आणि प्रणालीत रद्द होतात, म्हणून संपूर्ण प्रणालीचे त्वरण फक्त बाह्य बले ठरवतात. गुळगुळीत फरशीवर दोरीने जोडलेल्या दोन पेट्यांना F बलाने ओढले तर त्वरण a = F ÷ (m1 + m2) असते. दोरीच्या ओढीला तणाव म्हणतात.