धडा ११: बल आणि दाब

नियम 1 : बलाचे परिणाम — आपण वस्तू ढकलणे, ओढणे, थांबवणे, फेकणे, उचलणे आणि दाबणे यांसाठी बल लावतो. स्थिर वस्तू हलवण्यासाठी आणि फिरत्या वस्तूला थांबवण्यासाठीही बल लागते.

• सोपे : स्विच दाबणे : बल.
• मध्यम : पायाने लोळणारा चेंडू थांबवणे : बल गतिमान वस्तू थांबवते.
• परीक्षेसाठी : जमिनीवरून दप्तर उचलताना स्थिर वस्तू हलवण्यासाठी बल लागते.

नियम 2 : स्नायूबल आणि यांत्रिक बल — स्नायूबल हे हाडे व स्नायूंच्या मदतीने काम, खेळ आणि शेतीत लावले जाते; प्राणीही ते वापरतात. यांत्रिक बल यंत्राद्वारे लावले जाते; काही यंत्रांना अजूनही स्नायूबल लागते.

• सोपे : बैल गाडी ओढतो : स्नायूबल.
• मध्यम : क्रेन भार उचलते : यांत्रिक बल.
• परीक्षेसाठी : सायकलला पायडलवर स्नायूबल लागते, म्हणजे दोन्ही बले एकत्र काम करू शकतात.

फरक ओळखा

नियम 1 : गुरुत्वाकर्षण बल — पृथ्वी सर्व वस्तूंना ओढते. वर फेकलेला चेंडू मंद होऊन परत येतो. जमिनीवर स्थिर असलेल्या वस्तूवरही गुरुत्वाकर्षण कार्य करते.

• सोपे : सोडलेले पेन खाली पडते.
• मध्यम : वर फेकलेला दगड मंद होऊन मग खाली पडतो.
• परीक्षेसाठी : टेबलावरचे पुस्तक गुरुत्वाकर्षणाने खाली ओढले जाते, पण टेबल त्याला वर ढकलते, म्हणून ते स्थिर राहते.

नियम 2 : शास्त्रज्ञ आणि चुंबकीय बल — सुमारे 950 वर्षांपूर्वी भास्कराचार्य (दुसरे) यांनी सिद्धांत शिरोमणी मध्ये पृथ्वी वस्तूंना स्वतःकडे ओढते असे लिहिले, पण त्यांनी "गुरुत्व" हा शब्द वापरला नाही. सर आयझॅक न्यूटन सुमारे 350 वर्षांपूर्वी होऊन गेले; त्यांनी गती आणि गुरुत्वाकर्षणाचे शोध लावले. चुंबकीय बल अनेक उपकरणांत वापरतात.

• सोपे : भास्कराचार्य सुमारे 950 वर्षांपूर्वी होऊन गेले.
• मध्यम : न्यूटन सुमारे 350 वर्षांपूर्वी, म्हणून भास्कराचार्य 950 − 350 = 600 वर्षे आधी होते.
• परीक्षेसाठी : चुंबक न स्पर्श करता लोखंडी खिळ्याला ओढतो : चुंबकीय बल.

फरक ओळखा

आकृतीत : आकृतीत 6 किलोची पेटी 30° उताराच्या पृष्ठभागावर आहे. तिचे वजन 60 N, लंबबल 51.96 N आणि घर्षण 18 N उताराच्या वरच्या दिशेने, घसरण्याच्या विरुद्ध कार्य करते.

नियम 1 : घर्षण आणि पृष्ठभाग — घर्षणामुळे कॅरमच्या सोंगट्या आणि गोट्या मंद होतात; लिहिणे, खोडणे आणि ब्रेक चालणे घर्षणामुळे शक्य होते. खडबडीत पृष्ठभागांतील घर्षण गुळगुळीत पृष्ठभागांपेक्षा जास्त असते.

• सोपे : लोळणारी गोटी घर्षणामुळे मंद होते.
• मध्यम : गुळगुळीत ओल्या फरशीवर चालणे अवघड, कारण घर्षण कमी.
• परीक्षेसाठी : ब्रेक पॅड आणि चाक यांतील घर्षणामुळे ब्रेक चाक थांबवतात.

नियम 2 : घर्षण कमी करणे आणि घर्षणातील उष्णता — वंगण आणि ग्रीस घर्षण कमी करतात, म्हणून यंत्राची चाके वेगाने फिरतात आणि झीज कमी होते. उल्का किंवा परत येणारे अवकाशयान वातावरणाशी प्रचंड घर्षणामुळे जळते. डॉ. कल्पना चावलांसह सात अंतराळवीरांना घेऊन गेलेल्या कोलंबिया यानाची मोहीम जानेवारी 2003 मध्ये 16 दिवसांची (252 कक्षा) होती; 1 फेब्रुवारी 2003 रोजी परतताना ते तुटले.

• सोपे : सायकलच्या साखळीला तेल लावल्याने घर्षण कमी होते.
• मध्यम : ग्रीस लावलेली यंत्रे कमी झिजतात.
• परीक्षेसाठी : पृथ्वीवर परतणारे अवकाशयान हवेच्या घर्षणामुळे खूप तापते.

फरक ओळखा

नियम 1 : स्थिर विद्युत बल — काच, प्लास्टिक, रबर किंवा एबोनाइट घासल्यावर त्यांवर तात्पुरता विद्युतभार निर्माण होतो. तो कागदाचे तुकडे, धागे अशा हलक्या वस्तू आकर्षित करतो. पावसाळ्यात नायलॉन किंवा टेरिकॉटचे कपडे कडकड आवाज करतात आणि लहान ठिणग्या देतात.

• सोपे : घासलेली प्लास्टिक पट्टी कागदाचे तुकडे उचलते.
• मध्यम : पावसाळ्यात नायलॉनचा शर्ट कडकड आवाज करतो.
• परीक्षेसाठी : भार थोडा वेळच टिकतो; तो तात्पुरता असतो.

आकृतीत : आकृतीत धक्का 35 N आणि घर्षण 15 N आहे. बले असंतुलित असून परिणामी बल 35 − 15 = 20 N धक्क्याच्या दिशेने आहे.

नियम 2 : असंतुलित बले — विरुद्ध दिशांतील असमान बले; मोठ्या बलाचा परिणाम दिसतो, जसे रस्सीखेचीत जिंकणारा संघ. परिणामी बल = मोठे बल − लहान बल.

• सोपे : 40 N आणि 25 N ओढ विरुद्ध दिशांना : परिणामी = 40 − 25 = 15 N.
• मध्यम : तीन मुले प्रत्येकी 30 N (एकूण 90 N) विरुद्ध दोन मुले प्रत्येकी 40 N (एकूण 80 N) : परिणामी = 90 − 80 = 10 N, तिघांच्या बाजूला.
• परीक्षेसाठी : एकाच दिशेची बले बेरीज होतात : 20 N + 30 N = 50 N त्याच दिशेने.

आकृतीत : आकृतीत धक्का आणि घर्षण दोन्ही 18 N आहेत. ती समान आणि विरुद्ध असल्याने बले संतुलित असून परिणामी बल शून्य आहे.

नियम 3 : संतुलित बले — विरुद्ध दिशांतील समान बले : एकत्रित परिणाम शून्य आणि वस्तू स्थिर राहते.

• सोपे : विरुद्ध दिशांना 50 N आणि 50 N : परिणामी बल 0.
• मध्यम : समान ओढीची रस्सीखेच : दोर स्थिर.
• परीक्षेसाठी : टेबलावरचे पुस्तक : खाली वजन आणि वर टेबलचा धक्का समान, म्हणून ते स्थिर.

फरक ओळखा

आकृतीत : आकृतीत 60 N बल 0.5 m² क्षेत्रफळावर दाब देते, म्हणून दाब 60 ÷ 0.5 = 120 पास्कल.

नियम 1 : सूत्राचा वापर — दाब = बल ÷ क्षेत्रफळ. क्षेत्रफळ जास्त तर दाब कमी; क्षेत्रफळ कमी तर दाब जास्त. खिळ्याचे टोक लाकडात सहज जाते कारण त्याचे क्षेत्रफळ खूप कमी असते.

• सोपे : 100 N बल 5 m² वर : दाब = 100 ÷ 5 = 20 पास्कल.
• मध्यम : 200 N बल 0.5 m² वर : दाब = 200 ÷ 0.5 = 400 पास्कल.
• परीक्षेसाठी : तेच 60 N बल 0.1 m² वर 600 पास्कल, पण 0.3 m² वर 200 पास्कल : क्षेत्रफळ 3 पट तर दाब 3 पट कमी.

आकृतीत : आकृतीत उंच जाताना हवा विरळ होते आणि डोंगराच्या उंच भागांवर हवेचा दाब कमी असतो.

नियम 2 : वातावरणीय दाब — वातावरण म्हणजे पृथ्वीभोवतीचे हवेचे आवरण. उंच जावे तसा हवेचा दाब कमी होतो. हवा जास्त दाबाकडून कमी दाबाकडे वाहते, त्यातून मोठी वादळे होतात. स्ट्रॉमध्ये आतील हवेचा दाब कमी होतो आणि जास्त वातावरणीय दाब पाणी आत ढकलतो.

• सोपे : उंच डोंगरावर समुद्रसपाटीपेक्षा हवेचा दाब कमी असतो.
• मध्यम : हवा जास्त दाबाकडून कमी दाबाकडे जाते.
• परीक्षेसाठी : स्ट्रॉने पिताना स्ट्रॉतील दाब कमी होतो आणि बाहेरची हवा रस वर ढकलते.

फरक ओळखा