प्रत्यास्थता व प्लॅस्टिसिटी
रबर बँड सोडला की परत येतो; चिकणमाती दाबली की तशीच राहते. आधीच्या वर्गाशी नाते : इयत्ता 9-10 मधील दाब व बल येथे प्रतिबल आणि विकृतीमध्ये पुढे जातात.
प्रत्यास्थता (elasticity) = बाह्य बल काढल्यावर मूळ आकार परत मिळवण्याचा गुणधर्म.
आकृतीत : हिरवा भाग ताण; बल काढल्यावर परत येतो.
नियम 1 : प्रत्यास्थता — बल काढल्यावर वस्तू मूळ आकारात येते ती प्रत्यास्थता. स्टील रबरपेक्षा जास्त प्रत्यास्थ (Y मोठा).
- सोपे : स्प्रिंग ताणून सोडली ⇒ परत येते.
- मध्यम : स्टील Y = 2 × 10¹¹, रबर ≈ 10⁶-10⁸ Pa.
- परीक्षेसाठी (CET) : सर्वाधिक प्रत्यास्थ? (1) स्टील (2) रबर (3) चिकणमाती (4) शिसे → उत्तर 1)
नियम 2 : प्रत्यास्थ सीमा — ज्या कमाल प्रतिबलापर्यंत वस्तू परत येते ती प्रत्यास्थ सीमा; त्यापुढे कायमची विकृती.
- सोपे : वायर थोडी ओढली ⇒ परत; जास्त ⇒ वाकडी राहते.
- मध्यम : प्लॅस्टिक अवस्था = कायमची विकृती.
- परीक्षेसाठी (CET) : प्लॅस्टिक वस्तू? (1) चिकणमाती (2) स्टील (3) काच (4) स्प्रिंग → उत्तर 1)
नियम 3 : आणखी शब्द — पुनर्स्थापन बल = मूळ आकाराकडे खेचणारे अंतर्गत बल. थकवा = पुनःपुन्हा ताणल्याने कमकुवत होणे.
- सोपे : पुल कंपनांमुळे थकतो.
- मध्यम : परमाणूंमधील बलाने पुनर्स्थापन.
- परीक्षेसाठी (CET) : थकवा म्हणजे? (1) पुनःपुन्हा ताण (2) एकदा तुटणे (3) गरम होणे (4) आकुंचन → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : पुनर्स्थापन बलाचे मूळ
- पायरी 1 : संतुलनात परमाणू r₀ अंतरावर; निव्वळ बल 0.
- पायरी 2 : ताणल्यास r > r₀ ⇒ आकर्षण जास्त.
- पायरी 3 : दाबल्यास r < r₀ ⇒ प्रतिकर्षण जास्त.
- पायरी 4 : लहान विस्थापनात F ∝ −x (स्प्रिंगसारखे).
प्रत्यास्थ सीमेआत परत; बाहेर प्लॅस्टिक.
प्रत्यास्थता ≠ ताणण्याची क्षमता; स्टील रबरपेक्षा जास्त प्रत्यास्थ.
आठवणीची युक्ती : "सीमेपर्यंत परत, पुढे कायमचे".
फरक ओळखा
| गुणधर्म | प्रत्यास्थ | प्लॅस्टिक |
|---|---|---|
| बल काढल्यावर | परत येते | कायमची विकृती |
| उदा. | स्प्रिंग | चिकणमाती |
| सीमा | आत | पलीकडे |
सरावासाठी प्रश्न
- 1प्रत्यास्थता म्हणजे?
- 2प्रत्यास्थ सीमा म्हणजे?
- 3एक प्लॅस्टिक वस्तू सांगा.
- 4रबर की स्टील जास्त प्रत्यास्थ? का?
- 5थकवा म्हणजे?
- 6पुनर्स्थापन बल कशामुळे?
- 7r < r₀ वर बल कसे?
- 8रबर बँड ताणल्यावर Y लहान का?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1बल काढल्यावर मूळ आकार
- 2कमाल प्रतिबल जिथपर्यंत परत येते
- 3चिकणमाती
- 4स्टील; Y जास्त
- 5पुनःपुन्हा ताणाने कमकुवत
- 6परमाणूंमधील बल
- 7प्रतिकर्षक
- 8थोड्या प्रतिबलात मोठी विकृती
प्रतिबल, विकृती व हूकचा नियम
जाड तार जास्त वजन पेलते — कारण त्याच बलाला प्रतिबल कमी.
प्रतिबल (stress) = प्रति एकक क्षेत्रफळ पुनर्स्थापन बल; विकृती (strain) = लांबीतील सापेक्ष बदल.
आकृतीत : F ताण देतो; ΔL लांबी वाढ.
नियम 1 : प्रतिबल — प्रतिबल = F ÷ A (N/m² = Pa); मिती [M L⁻¹ T⁻²]. प्रकार : तन्य/संपीडन, आकारमान (दाब), अपरूपण.
- सोपे : F = 500 N, A = 2 × 10⁻⁴ m² ⇒ 2.5 × 10⁶ Pa.
- मध्यम : A निम्मे ⇒ प्रतिबल दुप्पट.
- परीक्षेसाठी (CET) : प्रतिबलाचे एकक? (1) Pa (2) N (3) J (4) kg → उत्तर 1)
नियम 2 : विकृती — विकृती = ΔL ÷ L (अनुदैर्ध्य); एकक/मिती नाही. प्रकार : अनुदैर्ध्य, आकारमान (ΔV/V), अपरूपण (θ).
- सोपे : L = 2 m, ΔL = 1 mm ⇒ 5 × 10⁻⁴.
- मध्यम : विकृतीला एकक नाही.
- परीक्षेसाठी (CET) : विकृतीची मिती? (1) शून्य (2) M (3) L (4) T → उत्तर 1)
नियम 3 : हूकचा नियम — प्रत्यास्थ सीमेआत प्रतिबल ∝ विकृती; स्थिरांक = प्रत्यास्थ गुणांक E (Pa).
- सोपे : E = प्रतिबल ÷ विकृती = (2.5 × 10⁶) ÷ (5 × 10⁻⁴) = 5 × 10⁹ Pa.
- मध्यम : विकृती दुप्पट ⇒ प्रतिबल दुप्पट.
- परीक्षेसाठी (CET) : हूक कुठे? (1) प्रत्यास्थ सीमेआत (2) सर्वत्र (3) तुटताना (4) कधीच नाही → उत्तर 1) युक्ती : 'सीमेआत सरळ'.
सूत्राची उपपत्ती : E चे एकक व मिती
- पायरी 1 : E = प्रतिबल ÷ विकृती.
- पायरी 2 : विकृती अमितीय ⇒ E ची मिती = प्रतिबलाची.
- पायरी 3 : [F/A] = [M L T⁻²]/[L²] = M L⁻¹ T⁻².
- पायरी 4 : E : N/m² (Pa), [M L⁻¹ T⁻²].
प्रतिबल = F/A; विकृती = ΔL/L; प्रतिबल = E × विकृती.
विकृती एकक-रहित; हूक फक्त प्रत्यास्थ सीमेआत.
आठवणीची युक्ती : "प्रतिबल = बल ÷ क्षेत्रफळ".
फरक ओळखा
| राशी | सूत्र | एकक | मिती |
|---|---|---|---|
| प्रतिबल | F/A | Pa | M L⁻¹ T⁻² |
| विकृती | ΔL/L | — | — |
| E | प्रतिबल/विकृती | Pa | M L⁻¹ T⁻² |
सरावासाठी प्रश्न
- 1प्रतिबलाचे सूत्र?
- 2विकृती कशाला म्हणतात?
- 3हूकचा नियम सांगा.
- 4F = 1000 N, A = 5 × 10⁻⁴ : प्रतिबल?
- 5L = 4 m, ΔL = 2 mm : विकृती?
- 6प्रतिबल 4 × 10⁶, विकृती 2 × 10⁻⁴ : E?
- 7E ची मिती सिद्ध करा.
- 8दाब व प्रतिबलातील फरक?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1F/A
- 2ΔL/L
- 3प्रतिबल ∝ विकृती
- 42 × 10⁶ Pa
- 55 × 10⁻⁴
- 62 × 10¹⁰ Pa
- 7M L⁻¹ T⁻²
- 8दोन्ही F/A; दाब द्रवातून लंब, प्रतिबल आंतरिक
यंगचे गुणांक
क्रेनची तार जाड व स्टीलची असते — ताणाने कमी लांबते.
यंगचे गुणांक (Young's modulus) Y = अनुदैर्ध्य प्रतिबल ÷ अनुदैर्ध्य विकृती.
आकृतीत : भार M ने तार ΔL ताणली जाते.
नियम 1 : सूत्र — Y = (F ÷ A) ÷ (ΔL ÷ L) = F L ÷ (A ΔL); एकक Pa; वायर : A = π d² ÷ 4. ΔL = F L ÷ (A Y).
- सोपे : F = 200 N, L = 2 m, A = 10⁻⁶ m², Y = 2 × 10¹¹ ⇒ ΔL = 2 mm.
- मध्यम : M = 10 kg (g = 10), A = 10⁻⁶, L = 1 m, Y = 2 × 10¹¹ ⇒ ΔL = 0.5 mm.
- परीक्षेसाठी (CET) : L दुप्पट ⇒ ΔL? (1) दुप्पट (2) निम्मे (3) चौपट (4) समान → उत्तर 1) युक्ती : ΔL ∝ L.
नियम 2 : तुलना : ΔL — ΔL ∝ F L ÷ (A Y) ∝ F L ÷ (r² Y). त्रिज्या दुप्पट ⇒ ΔL ¼. Y मोठा ⇒ ΔL लहान.
- सोपे : r दुप्पट ⇒ ΔL ¼.
- मध्यम : समान F, L, A : स्टील व तांबे (Y = 1.2 × 10¹¹) : ΔL_तांबे/ΔL_स्टील = 5/3.
- परीक्षेसाठी (CET) : r दुप्पट ⇒ ΔL? (1) ¼ (2) ½ (3) 2 (4) 4 → उत्तर 1)
नियम 3 : ताण-मर्यादा — तुटणारे प्रतिबल σ_b; सुरक्षित भार : F = σ_b A ÷ सुरक्षा घटक.
- सोपे : σ_b = 5 × 10⁸, A = 2 × 10⁻⁶ ⇒ F_max = 1000 N.
- मध्यम : सुरक्षा घटक 5 ⇒ 200 N.
- परीक्षेसाठी (CET) : सुरक्षित भार? (1) σ_b A / घटक (2) σ_b (3) A (4) E → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : ΔL = F L ÷ (A Y)
- पायरी 1 : प्रतिबल = F/A.
- पायरी 2 : विकृती = ΔL/L.
- पायरी 3 : Y = (F/A) ÷ (ΔL/L).
- पायरी 4 : पुनर्मांडणी : ΔL = F L ÷ (A Y).
Y = FL/(AΔL); ΔL = FL/(AY).
ΔL ∝ 1/r²; Y पदार्थावर अवलंबून, आकारावर नाही; F = Mg वापरा.
आठवणीची युक्ती : "एफ एल भागिले ए डेल्टा एल".
फरक ओळखा
| पदार्थ | Y (Pa) |
|---|---|
| स्टील | 2 × 10¹¹ |
| तांबे | 1.2 × 10¹¹ |
| अॅल्युमिनियम | 7 × 10¹⁰ |
| रबर | ≈ 10⁷ |
सरावासाठी प्रश्न
- 1Y चे सूत्र?
- 2Y चे एकक?
- 3सर्वाधिक Y?
- 4F = 400, L = 1.5 m, A = 2 × 10⁻⁶, Y = 2 × 10¹¹ : ΔL?
- 5ΔL = 1 mm; L तिप्पट : ΔL?
- 6d दुप्पट : ΔL?
- 7σ_b = 6 × 10⁸, d = 2 mm : F_max (π = 3.14)?
- 8दोन तारा समान F, L, A : Y₁ = 2Y₂ ⇒ ΔL₁/ΔL₂?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1FL/AΔL
- 2Pa
- 3स्टील (दिलेल्यांपैकी)
- 41.5 mm
- 53 mm
- 6ΔL मूळच्या ¼ पट
- 71884 N
- 8½
आकारमान गुणांक, दृढता गुणांक व पॉयसन गुणोत्तर
खोल समुद्रात पाणी थोडेसे दाबले जाते; पुस्तकाला धक्का दिला की ते कलते — तीन प्रकारची विकृती.
K दाबाने आकारमान, η कलण्याने आकार, σ पार्श्व आकुंचन मोजतात.
आकृतीत : K, η, σ व त्यांचे संबंध.
नियम 1 : आकारमान गुणांक — K = −ΔP ÷ (ΔV/V) = −ΔP V ÷ ΔV; संपीड्यता = 1/K. वायूंसाठी K लहान, घन पदार्थांसाठी मोठा.
- सोपे : पाणी K = 2.2 × 10⁹, ΔP = 10⁷ ⇒ ΔV/V = 4.5 × 10⁻³.
- मध्यम : ΔP दुप्पट ⇒ ΔV/V दुप्पट.
- परीक्षेसाठी (CET) : संपीड्यता? (1) 1/K (2) K (3) K² (4) 0 → उत्तर 1)
नियम 2 : दृढता गुणांक — η = (F/A) ÷ θ (θ रेडियनमध्ये); द्रव व वायूंसाठी η = 0.
- सोपे : F = 10⁴ N, A = 0.01 m², η = 8 × 10¹⁰ ⇒ θ = 1.25 × 10⁻⁵ rad.
- मध्यम : η मोठा ⇒ θ लहान.
- परीक्षेसाठी (CET) : द्रवात η? (1) 0 (2) K (3) Y (4) अनंत → उत्तर 1)
नियम 3 : पॉयसन गुणोत्तर — σ = पार्श्व विकृती ÷ अनुदैर्ध्य विकृती (ऋण चिन्ह वगळून); अमितीय; −1 ते 0.5; सामान्यतः 0.2–0.4.
- सोपे : σ = 0.25, अनु. विकृती 2 × 10⁻³ ⇒ पार्श्व 5 × 10⁻⁴.
- मध्यम : K = 10¹¹, σ = 0.25 ⇒ Y = 3K(1 − 2σ) = 1.5 × 10¹¹.
- परीक्षेसाठी (CET) : σ चे एकक? (1) नाही (2) Pa (3) N (4) m → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : आकारमान गुणांक : K
- पायरी 1 : आकारमान प्रतिबल = ΔP (दाबातील वाढ).
- पायरी 2 : आकारमान विकृती = −ΔV/V.
- पायरी 3 : K = प्रतिबल ÷ विकृती.
- पायरी 4 : K = −ΔP V ÷ ΔV; ऋण चिन्ह = दाबाने V कमी.
K = −ΔP V/ΔV; η = (F/A)/θ; Y = 3K(1 − 2σ) = 2η(1 + σ).
θ रेडियनमध्ये; K मध्ये ऋण चिन्ह; σ ला एकक नाही.
आठवणीची युक्ती : "के = आकारमान, इटा = आकार".
फरक ओळखा
| गुणांक | प्रतिबल | विकृती |
|---|---|---|
| Y | F/A (लंब) | ΔL/L |
| K | ΔP | −ΔV/V |
| η | F/A (स्पर्शिक) | θ |
सरावासाठी प्रश्न
- 1K चे सूत्र?
- 2η चे सूत्र?
- 3σ म्हणजे?
- 4ΔP = 2 × 10⁷, K = 2 × 10⁹ : ΔV/V?
- 5F = 2 × 10³, A = 0.02, η = 10¹⁰ : θ?
- 6σ = 0.3, अनु. विकृती 10⁻³ : पार्श्व?
- 7η = 4 × 10¹⁰, σ = 0.25 : Y?
- 8द्रवाला η = 0 का?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1−ΔP V/ΔV
- 2(F/A)/θ
- 3पार्श्व ÷ अनुदैर्ध्य विकृती
- 410⁻²
- 510⁻⁵ rad
- 63 × 10⁻⁴
- 7Y = 2η(1 + σ) = 10¹¹
- 8द्रव स्पर्शिक प्रतिबलाला विरोध करत नाही
प्रतिबल–विकृती आलेख व उपयोग
तार ओढत गेलो की आधी परत येते, मग वाकडी राहते, शेवटी तुटते — हेच आलेखावर दिसते.
प्रतिबल–विकृती आलेख (stress–strain curve) पदार्थाचे वर्तन दाखवतो.
आकृतीत : P, E, Y, U, B = महत्त्वाचे बिंदू.
प्रतिबल–विकृती आलेख व उपयोग
ॲपमध्ये ही आकृती हाताने हलवून बघता येते.
ॲपमध्ये उघडानियम 1 : आलेखाचे भाग — OP सरळ : हूक (P = आनुपातिक सीमा); E प्रत्यास्थ सीमा; Y नमन बिंदू; U कमाल (अंतिम) प्रतिबल; B तुटणे.
- सोपे : OP चा ढाल = Y.
- मध्यम : U नंतर प्रतिबल कमी दिसते (नेकिंग).
- परीक्षेसाठी (CET) : आलेखाचा सरळ भाग? (1) हूक (2) नमन (3) तुटणे (4) थकवा → उत्तर 1)
नियम 2 : तन्य व भंगुर — तन्य : खूप प्लॅस्टिक भाग (तांबे, सोने). भंगुर : प्लॅस्टिक भाग कमी (काच, कास्ट आयर्न) — अचानक तुटते.
- सोपे : तारा ओढून बनतात ⇒ तन्य.
- मध्यम : काच वाकत नाही, तुटते.
- परीक्षेसाठी (CET) : भंगुर? (1) काच (2) तांबे (3) सोने (4) शिसे → उत्तर 1)
नियम 3 : उपयोग — पूल/क्रेनसाठी सुरक्षा घटक = तुटणारे प्रतिबल ÷ कार्यरत प्रतिबल. शॉक शोषणाला रबर (अवमंदन), कंपासाठी स्टील.
- सोपे : σ_b = 4 × 10⁸, कार्यरत 10⁸ ⇒ घटक 4.
- मध्यम : रबर लूप क्षेत्र = ऊर्जा नाश.
- परीक्षेसाठी (CET) : सुरक्षा घटक? (1) σ_b ÷ σ_कार्य (2) σ_कार्य ÷ σ_b (3) σ_b σ (4) 0 → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : आलेखावरून Y
- पायरी 1 : OP भागात प्रतिबल = Y × विकृती.
- पायरी 2 : Y = प्रतिबल ÷ विकृती = ढाल.
- पायरी 3 : एक बिंदू : प्रतिबल 4 × 10⁸, विकृती 2 × 10⁻³.
- पायरी 4 : Y = 2 × 10¹¹ Pa.
ढाल = Y; तन्य = लांब प्लॅस्टिक भाग; घटक = σ_b ÷ σ_कार्य.
P व E एकच नाहीत; भंगुर ≠ कमजोर.
आठवणीची युक्ती : "पी-ई-वाय-यू-बी".
फरक ओळखा
| बिंदू | अर्थ |
|---|---|
| P | आनुपातिक सीमा |
| E | प्रत्यास्थ सीमा |
| Y | नमन बिंदू |
| U | कमाल प्रतिबल |
| B | भंग |
सरावासाठी प्रश्न
- 1P म्हणजे?
- 2तन्य पदार्थ सांगा.
- 3भंगुर पदार्थ सांगा.
- 4OP चा ढाल काय?
- 5σ_b = 6 × 10⁸, कार्यरत 2 × 10⁸ : घटक?
- 6A = 4 × 10⁻⁶, σ_b = 5 × 10⁸ : F_max?
- 7नेकिंग म्हणजे?
- 8आलेखात U नंतर प्रतिबल का घटते?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1आनुपातिक सीमा
- 2तांबे
- 3काच
- 4Y (यंगचे गुणांक)
- 53
- 62000 N
- 7U नंतर तारेचा काही भाग निमुळता होतो
- 8क्षेत्रफळ कमी होते, मूळ क्षेत्रावर F/A काढल्याने
विकृती ऊर्जा
धनुष्य ताणले की ऊर्जा साठते व बाण सोडल्यावर बाहेर पडते.
विकृती ऊर्जा (strain energy) = ताणलेल्या वस्तूत साठलेली स्थितिज ऊर्जा.
आकृतीत : निळे क्षेत्र = साठलेली ऊर्जा.
नियम 1 : साठवलेली ऊर्जा — U = ½ F ΔL = ½ Y A ΔL² ÷ L (F–ΔL आलेखाखालील क्षेत्र).
- सोपे : F = 200 N, ΔL = 2 mm ⇒ U = 0.2 J.
- मध्यम : ΔL दुप्पट ⇒ U चौपट.
- परीक्षेसाठी (CET) : ΔL दुप्पट ⇒ U? (1) चौपट (2) दुप्पट (3) निम्मे (4) समान → उत्तर 1) युक्ती : U ∝ ΔL².
नियम 2 : ऊर्जा घनता — u = U ÷ (A L) = ½ × प्रतिबल × विकृती = ½ Y × विकृती² (J/m³).
- सोपे : प्रतिबल 2 × 10⁸, विकृती 10⁻³ ⇒ u = 10⁵ J/m³.
- मध्यम : आकारमान 2 × 10⁻⁶ × 0.2 J ⇒ 10⁵ J/m³ बरोबर.
- परीक्षेसाठी (CET) : u चे एकक? (1) J/m³ (2) J (3) N (4) Pa s → उत्तर 1)
नियम 3 : ताणलेली स्प्रिंग/तार — तार/स्प्रिंग : F = k ΔL, k = YA/L; U = ½ k ΔL². तारेचे कार्य : W = U (हळूहळू ताणल्यास).
- सोपे : k = 10⁵ N/m, ΔL = 2 cm ⇒ U = 20 J.
- मध्यम : k = YA/L = 2 × 10¹¹ × 10⁻⁶ ÷ 2 = 10⁵ N/m.
- परीक्षेसाठी (CET) : U = ? (1) ½ k x² (2) k x² (3) k x (4) 2k x → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : U = ½ F ΔL
- पायरी 1 : ताणताना F 0 पासून F पर्यंत वाढते (F = kx).
- पायरी 2 : dW = F dx = k x dx.
- पायरी 3 : W = ∫₀^ΔL k x dx = ½ k ΔL².
- पायरी 4 : k ΔL = F ⇒ U = ½ F ΔL.
U = ½ F ΔL; u = ½ Y × विकृती².
U = F ΔL नाही (½ विसरू नका); U ∝ ΔL².
आठवणीची युक्ती : "अर्धा बल गुणिले वाढ".
फरक ओळखा
| राशी | सूत्र | एकक |
|---|---|---|
| U | ½ F ΔL | J |
| u | ½ × प्रतिबल × विकृती | J/m³ |
| k | YA/L | N/m |
सरावासाठी प्रश्न
- 1U चे सूत्र?
- 2u चे एकक?
- 3U कशाखालील क्षेत्र?
- 4F = 100 N, ΔL = 4 mm : U?
- 5प्रतिबल 10⁸, विकृती 10⁻³ : u?
- 6k = 2 × 10⁴, ΔL = 1 cm : U?
- 7U = ½ F ΔL सिद्ध करा.
- 8स्टील की रबर जास्त ऊर्जा साठवते (समान प्रतिबल)? का?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1½ F ΔL
- 2J/m³
- 3F–ΔL
- 40.2 J
- 55 × 10⁴ J/m³
- 61 J
- 7W = ∫k x dx = ½ k ΔL²
- 8रबर; u = प्रतिबल²/2Y, Y लहान ⇒ u मोठा
घर्षण व कठीणता
बर्फावर चालणे कठीण — घर्षण कमी; वाळूवर सोपे — घर्षण जास्त.
घर्षण (friction) = संपर्क पृष्ठभागांमधील गतीला विरोध करणारे बल.
आकृतीत : f_max पर्यंत f = F; नंतर f_k.
नियम 1 : घर्षण बल — f_s ≤ μ_s N (स्थिर), f_k = μ_k N (गतिक); μ_k < μ_s; क्षेत्रफळावर अवलंबून नाही.
- सोपे : m = 10 kg, μ_s = 0.5 ⇒ f_max = 50 N (g = 10).
- मध्यम : 40 N ढकलले ⇒ f = 40 N (हलत नाही).
- परीक्षेसाठी (CET) : f कशावर? (1) N (2) क्षेत्रफळ (3) वेग (4) आकार → उत्तर 1)
नियम 2 : उतार व repose कोन — tan θ = μ_s (repose कोन). उतारावर घसरताना a = g (sin θ − μ_k cos θ).
- सोपे : μ_s = 0.5 ⇒ θ = tan⁻¹ 0.5 ≈ 26.6°.
- मध्यम : θ = 37° (sin 0.6, cos 0.8), μ_k = 0.5 ⇒ a = 10(0.6 − 0.4) = 2 m/s².
- परीक्षेसाठी (CET) : repose कोन? (1) tan⁻¹ μ_s (2) sin⁻¹ μ_s (3) μ_s (4) 45° → उत्तर 1)
नियम 3 : लोळण घर्षण व कठीणता — लोळण घर्षण स्लायडिंगपेक्षा खूप कमी (चाके, बेअरिंग). कठीणता = ओरखड्याला प्रतिकार; मोह स्केल : टाल्क 1 … हिरा 10.
- सोपे : चाक लावले ⇒ ओढणे सोपे.
- मध्यम : हिरा बाकीच्यांना ओरखडतो.
- परीक्षेसाठी (CET) : सर्वात कठीण? (1) हिरा (2) टाल्क (3) स्टील (4) काच → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : repose कोन : tan θ = μ_s
- पायरी 1 : उतारावर : N = m g cos θ.
- पायरी 2 : उताराकडे बल m g sin θ.
- पायरी 3 : घसरण्याच्या क्षणी m g sin θ = μ_s N = μ_s m g cos θ.
- पायरी 4 : tan θ = μ_s.
f_s ≤ μ_s N; f_k = μ_k N; tan θ = μ_s.
f क्षेत्रफळावर अवलंबून नाही; N = mg नेहमी नाही (उतारावर mg cos θ).
आठवणीची युक्ती : "स्थिर जास्त, गतिक कमी, लोळण सर्वात कमी".
फरक ओळखा
| प्रकार | सूत्र | तुलना |
|---|---|---|
| स्थिर | f_s ≤ μ_s N | जास्त |
| गतिक | f_k = μ_k N | कमी |
| लोळण | f_r = μ_r N | सर्वात कमी |
सरावासाठी प्रश्न
- 1f_s चे सूत्र?
- 2repose कोन म्हणजे?
- 3कठीणता कशी मोजतात?
- 4m = 20, μ_s = 0.4 : f_max (g = 10)?
- 5μ_s = 1 : repose कोन?
- 6θ = 30° (sin 0.5, cos 0.87), μ_k = 0.2 : a?
- 7tan θ = μ_s सिद्ध करा.
- 8μ_k < μ_s का?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1f_s ≤ μ_s N
- 2घसरण्याआधीचा कमाल उतार कोन
- 3मोह स्केलने
- 480 N
- 545°
- 63.26 m/s²
- 7m g sin θ = μ_s m g cos θ
- 8हलत्या पृष्ठभागांचे बंध कमी वेळ टिकतात
संपूर्ण धड्याची झटपट उजळणी
| संकल्पना | महत्त्वाचे सूत्र / तथ्य | एकक / मितीय सूत्र |
|---|---|---|
| प्रतिबल | F/A | Pa; M L⁻¹ T⁻² |
| विकृती | ΔL/L | — |
| Y | FL/(AΔL) | Pa |
| K | −ΔP V/ΔV | Pa |
| η | (F/A)/θ | Pa |
| संबंध | Y = 3K(1 − 2σ) = 2η(1 + σ) | — |
| विकृती ऊर्जा | u = ½ × प्रतिबल × विकृती | J/m³ |
| घर्षण | f_k = μ_k N; tan θ = μ_s | N |
🎯 परीक्षेसाठी सर्वाधिक महत्त्वाचे मुद्दे
- प्रत्यास्थ सीमेआत हूक : प्रतिबल ∝ विकृती.
- विकृती एकक-रहित; E ची मिती = प्रतिबलाची.
- ΔL = FL/(AY); ΔL ∝ 1/r².
- K, η, Y, σ : Y = 3K(1 − 2σ) = 2η(1 + σ).
- आलेख : P → E → Y → U → B; ढाल = Y.
- U = ½ F ΔL; u = ½ Y × विकृती².
- f_s > f_k > f_rolling; tan θ = μ_s.
प्रतिबल ÷ विकृती = गुणांक; ½ F ΔL = ऊर्जा.