गुरुत्वाकर्षण (Gravitation)
परिचय (Introduction)
गुरुत्वाकर्षण एक मूलभूत प्राकृतिक बल है जो दो वस्तुओं के बीच कार्य करता है। यह बल वस्तुओं के द्रव्यमान (mass) पर निर्भर करता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती (inversely proportional) होता है। गुरुत्वाकर्षण के कारण ही पृथ्वी हमें अपनी ओर खींचती है और हम जमीन पर टिके रहते हैं।
गुरुत्वाकर्षण का सार्वत्रिक नियम (Universal Law of Gravitation)
सर आइजक न्यूटन ने 1687 में गुरुत्वाकर्षण का सार्वत्रिक नियम प्रस्तुत किया। इस नियम के अनुसार:
- नियम: ब्रह्मांड में प्रत्येक वस्तु दूसरी वस्तु को एक बल से आकर्षित करती है। यह बल दोनों वस्तुओं के द्रव्यमान के गुणनफल के समानुपाती (directly proportional) और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती (inversely proportional) होता है।
- सूत्र:
[
F = G \frac{m_1 \times m_2}{r^2}
]
जहाँ: - ( F ) = गुरुत्वाकर्षण बल
- ( G ) = गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक (Universal Gravitational Constant) (( 6.674 \times 10^{-11} \, \text{Nm}^2/\text{kg}^2 ))
- ( m_1 ) और ( m_2 ) = दो वस्तुओं के द्रव्यमान
- ( r ) = दो वस्तुओं के बीच की दूरी
गुरुत्वाकर्षण बल के प्रभाव (Effects of Gravitational Force)
- पृथ्वी की ओर आकर्षण: पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण बल हमें और अन्य वस्तुओं को अपनी ओर खींचता है। इसी कारण वस्तुएँ जमीन पर गिरती हैं।
- चंद्रमा की कक्षा: चंद्रमा पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण बल के कारण उसके चारों ओर घूमता है।
- सौर मंडल का निर्माण: सूर्य का गुरुत्वाकर्षण बल ग्रहों को अपने चारों ओर कक्षा में बनाए रखता है।
गुरुत्वीय त्वरण (Gravitational Acceleration)
- परिभाषा: जब कोई वस्तु पृथ्वी की ओर स्वतंत्र रूप से गिरती है, तो उसका वेग समय के साथ बढ़ता है। इस वेग में होने वाले परिवर्तन को गुरुत्वीय त्वरण कहते हैं।
- मान: पृथ्वी की सतह पर गुरुत्वीय त्वरण (( g )) का मान लगभग ( 9.8 \, \text{m/s}^2 ) होता है।
- सूत्र:
[
g = \frac{F}{m} = \frac{G M}{R^2}
]
जहाँ: - ( M ) = पृथ्वी का द्रव्यमान
- ( R ) = पृथ्वी की त्रिज्या
द्रव्यमान और भार (Mass and Weight)
- द्रव्यमान (Mass): किसी वस्तु में उपस्थित पदार्थ की मात्रा को द्रव्यमान कहते हैं। यह एक अदिश राशि (scalar quantity) है और इसका SI मात्रक किलोग्राम (kg) है।
- भार (Weight): किसी वस्तु पर लगने वाला गुरुत्वाकर्षण बल उस वस्तु का भार कहलाता है। यह एक सदिश राशि (vector quantity) है और इसका SI मात्रक न्यूटन (N) है।
- सूत्र:
[
W = m \times g
]
जहाँ: - ( W ) = भार
- ( m ) = द्रव्यमान
- ( g ) = गुरुत्वीय त्वरण
गुरुत्वाकर्षण और गति (Gravitation and Motion)
- मुक्त पतन (Free Fall): जब कोई वस्तु केवल गुरुत्वाकर्षण बल के अंतर्गत गिरती है, तो उसे मुक्त पतन कहते हैं। इस स्थिति में वस्तु का त्वरण ( g ) होता है।
- उपग्रह की गति (Motion of Satellites): उपग्रह पृथ्वी के चारों ओर गुरुत्वाकर्षण बल के कारण चक्कर लगाते हैं। उपग्रह की कक्षीय गति (orbital velocity) उसकी ऊँचाई पर निर्भर करती है।
गुरुत्वाकर्षण का महत्व (Importance of Gravitation)
- ब्रह्मांड की संरचना: गुरुत्वाकर्षण बल के कारण ही तारे, ग्रह, और आकाशगंगाएँ बनते हैं और उनकी संरचना बनी रहती है।
- जीवन का आधार: पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण बल वायुमंडल को बनाए रखता है, जो जीवन के लिए आवश्यक है।
- ज्वार-भाटा: चंद्रमा और सूर्य के गुरुत्वाकर्षण बल के कारण समुद्र में ज्वार-भाटा आता है।
निष्कर्ष (Conclusion)
गुरुत्वाकर्षण एक मौलिक बल है जो ब्रह्मांड की संरचना और हमारे दैनिक जीवन को प्रभावित करता है। यह न केवल पृथ्वी पर वस्तुओं को बांधे रखता है बल्कि ब्रह्मांड में होने वाली विभिन्न घटनाओं का भी कारण है। गुरुत्वाकर्षण के नियमों को समझना विज्ञान की दुनिया में एक महत्वपूर्ण कदम है।