अध्याय :- 8 गति (Motion)
परिचय:
गति (Motion) भौतिक विज्ञान का एक मूलभूत अध्याय है जो किसी वस्तु की स्थिति में परिवर्तन का अध्ययन करता है। गति को समझने के लिए हमें दूरी, विस्थापन, वेग, त्वरण, समय, और बल जैसी अवधारणाओं को समझना आवश्यक है। यह अध्याय हमें वस्तुओं की गति के नियमों और उनके गणितीय विवरण को समझने में मदद करता है। गति का अध्ययन न केवल भौतिक विज्ञान में बल्कि दैनिक जीवन में भी महत्वपूर्ण है, जैसे वाहनों की गति, ग्रहों की गति, और खेलों में गतिशीलता।
मुख्य अवधारणाएँ:
- दूरी (Distance):
- दूरी किसी वस्तु द्वारा तय किए गए पथ की कुल लंबाई होती है।
- यह एक अदिश राशि (Scalar Quantity) है, जिसका केवल परिमाण होता है, दिशा नहीं।
- दूरी हमेशा धनात्मक होती है और यह वस्तु के पथ पर निर्भर करती है।
- उदाहरण: यदि कोई व्यक्ति 5 किलोमीटर उत्तर की ओर जाता है और फिर 3 किलोमीटर दक्षिण की ओर वापस आता है, तो उसके द्वारा तय की गई कुल दूरी 8 किलोमीटर होगी।
- विस्थापन (Displacement):
- विस्थापन वस्तु की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति के बीच की सबसे छोटी दूरी होती है।
- यह एक सदिश राशि (Vector Quantity) है, जिसमें परिमाण और दिशा दोनों होते हैं।
- विस्थापन शून्य हो सकता है यदि वस्तु प्रारंभिक बिंदु पर वापस आ जाती है।
- उदाहरण: यदि कोई व्यक्ति 5 किलोमीटर उत्तर की ओर जाता है और फिर 3 किलोमीटर दक्षिण की ओर वापस आता है, तो उसका विस्थापन 2 किलोमीटर उत्तर की ओर होगा।
- चाल (Speed):
- चाल किसी वस्तु द्वारा इकाई समय में तय की गई दूरी होती है।
- यह एक अदिश राशि है।
- चाल का SI मात्रक मीटर प्रति सेकंड (m/s) होता है।
- औसत चाल = कुल दूरी / कुल समय
- उदाहरण: यदि कोई कार 100 किलोमीटर की दूरी 2 घंटे में तय करती है, तो उसकी औसत चाल 50 किमी/घंटा होगी।
- वेग (Velocity):
- वेग किसी वस्तु के विस्थापन की दर होती है।
- यह एक सदिश राशि है, जिसमें परिमाण और दिशा दोनों होते हैं।
- वेग का SI मात्रक मीटर प्रति सेकंड (m/s) होता है।
- औसत वेग = कुल विस्थापन / कुल समय
- उदाहरण: यदि कोई वस्तु 10 मीटर उत्तर की ओर 2 सेकंड में जाती है, तो उसका वेग 5 m/s उत्तर की ओर होगा।
- त्वरण (Acceleration):
- त्वरण किसी वस्तु के वेग में परिवर्तन की दर होती है।
- यह एक सदिश राशि है।
- त्वरण का SI मात्रक मीटर प्रति सेकंड वर्ग (m/s²) होता है।
- त्वरण = वेग में परिवर्तन / समय अंतराल
- उदाहरण: यदि कोई कार 5 m/s से 15 m/s तक 2 सेकंड में गति बढ़ाती है, तो उसका त्वरण 5 m/s² होगा।
गति के प्रकार:
- एकसमान गति (Uniform Motion):
- जब कोई वस्तु समान समय अंतराल में समान दूरी तय करती है, तो उसकी गति को एकसमान गति कहते हैं।
- एकसमान गति में वेग स्थिर रहता है और त्वरण शून्य होता है।
- उदाहरण: एक सीधी सड़क पर निरंतर गति से चलती हुई कार।
- असमान गति (Non-uniform Motion):
- जब कोई वस्तु समान समय अंतराल में असमान दूरी तय करती है, तो उसकी गति को असमान गति कहते हैं।
- असमान गति में वेग परिवर्तनशील होता है और त्वरण शून्य नहीं होता।
- उदाहरण: ट्रैफिक में चलती हुई कार जो रुक-रुक कर चलती है।
गति के समीकरण (Equations of Motion):
गति के तीन मुख्य समीकरण हैं, जो एकसमान त्वरण के साथ गतिमान वस्तु के लिए लागू होते हैं:
- पहला समीकरण:
[
v = u + at
]
- ( v ) = अंतिम वेग
- ( u ) = प्रारंभिक वेग
- ( a ) = त्वरण
- ( t ) = समय
- दूसरा समीकरण:
[
s = ut + \frac{1}{2}at^2
]
- ( s ) = विस्थापन
- तीसरा समीकरण:
[
v^2 = u^2 + 2as
]
गति के ग्राफ़:
- दूरी-समय ग्राफ़ (Distance-Time Graph):
- यह ग्राफ़ दूरी और समय के बीच संबंध दर्शाता है।
- एकसमान गति में यह ग्राफ़ एक सीधी रेखा होता है।
- असमान गति में यह ग्राफ़ वक्र (Curve) हो सकता है।
- वेग-समय ग्राफ़ (Velocity-Time Graph):
- यह ग्राफ़ वेग और समय के बीच संबंध दर्शाता है।
- एकसमान त्वरण में यह ग्राफ़ एक सीधी रेखा होता है।
- ग्राफ़ के ढलान (Slope) से त्वरण का पता चलता है।
न्यूटन के गति के नियम (Newton’s Laws of Motion):
- पहला नियम (जड़त्व का नियम):
- कोई वस्तु अपनी विरामावस्था या एकसमान गति की स्थिति में तब तक रहती है जब तक कि उस पर कोई बाह्य बल न लगाया जाए।
- उदाहरण: गतिमान कार ब्रेक लगाने पर रुक जाती है।
- दूसरा नियम (बल का नियम):
- किसी वस्तु का त्वरण उस पर लगाए गए बल के समानुपाती होता है और वस्तु के द्रव्यमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
F = ma - उदाहरण: भारी वस्तु को गति देने के लिए अधिक बल की आवश्यकता होती है।
- तीसरा नियम (क्रिया-प्रतिक्रिया का नियम):
- प्रत्येक क्रिया के लिए एक समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है।
- उदाहरण: रॉकेट का प्रक्षेपण, जहाँ रॉकेट गैसों को नीचे की ओर धकेलता है और गैसें रॉकेट को ऊपर की ओर धकेलती हैं।
गति के उदाहरण:
- सरल रेखीय गति (Linear Motion):
- जब कोई वस्तु एक सीधी रेखा में गति करती है, जैसे सड़क पर चलती हुई कार।
- वृत्तीय गति (Circular Motion):
- जब कोई वस्तु वृत्ताकार पथ पर गति करती है, जैसे पंखे की ब्लेड की गति।
- आवर्ती गति (Periodic Motion):
- जब कोई वस्तु नियमित अंतराल पर अपनी गति को दोहराती है, जैसे लोलक की गति।
निष्कर्ष:
गति का अध्ययन हमें वस्तुओं की गति के नियमों और उनके व्यवहार को समझने में मदद करता है। यह अध्याय भौतिक विज्ञान की नींव रखता है और हमें प्रकृति के नियमों को समझने में सहायक होता है। गति के समीकरण और न्यूटन के नियम हमें वस्तुओं की गति का विश्लेषण करने और भविष्यवाणी करने में सक्षम बनाते हैं। यह ज्ञान न केवल विज्ञान और प्रौद्योगिकी में बल्कि दैनिक जीवन में भी उपयोगी है।