पृष्ठभूमि

इस भौतिक विज्ञान इकाई में, छात्र यह पता लगाएंगे कि वस्तुएं कैसे गति करती हैं और उन पर कार्य करने वाले बलों की भी जांच करेंगे। गति और बल भौतिक विज्ञान में प्रमुख अवधारणाएँ हैं। ब्रह्मांड में सभी चीजें निरंतर गतिशील रहती हैं और गुरुत्वाकर्षण जैसे संतुलित और असंतुलित बलों से प्रभावित होती हैं।

किसी वस्तु पर लगने वाला असंतुलित बल उसकी गति और/या गति की दिशा बदल देता है। यदि बल संतुलित हों तो वस्तु स्थिर रहेगी। यदि वस्तु पर कार्यरत बल असंतुलित हों तो वह गति करेगी। इस इकाई में, छात्र सुपर कार पर संतुलित और असंतुलित बलों के साथ प्रयोग करेंगे।

बल क्या है?

बल किसी वस्तु पर लगाया गया धक्का या खिंचाव है। जब किसी वस्तु पर बल लगाया जाता है, और वह बल भी निर्विरोध होता है, तो वह वस्तु की गति को बदल देता है। संतुलित तथा असंतुलित शक्तियां भी होती हैं। वे बल जो समान लेकिन विपरीत दिशाओं में होते हैं, संतुलित बल कहलाते हैं। संतुलित बल किसी वस्तु को गति नहीं देते।

संतुलित बल का एक उदाहरण दो समूहों के लोगों का समान बल के साथ रस्साकशी खेलना होगा। इससे रस्सी अपनी जगह पर बनी रहेगी, क्योंकि दोनों तरफ लगने वाले विरोधी बल बराबर होंगे। हालाँकि, असंतुलित बल किसी वस्तु या वस्तुओं को गतिमान कर देंगे।

यदि दोनों ओर से समान बल से खींचा जा रहा हो तो रस्सी नहीं हिलती और न ही खींचने वाले लोग हिलते हैं। हालाँकि, यदि एक तरफ खींचने वाला बल अधिक है, तो इससे रस्सी के साथ-साथ दूसरी तरफ के लोग भी हिलेंगे।

गुरुत्वाकर्षण या गुरुत्वाकर्षण बल आकर्षण बल हैं। पृथ्वी पर, गुरुत्वाकर्षण वह बल है जो पृथ्वी हम पर लगाती है, हमें खींचती है और हमें जमीन पर रखती है। यह बल यह निर्धारित करता है कि हमारा वजन कितना है, एक फ्लाई बॉल की ऊंचाई कितनी है, या ग्रह पर कोई अन्य भौतिक बल कितना है।

 

इस इकाई में, छात्र अपनी अनपावर्ड सुपर कार को एक रैम्प के ऊपर रखकर संतुलित और असंतुलित गुरुत्वाकर्षण बल के साथ प्रयोग करेंगे।

लैब 5 के दौरान, छात्रों को कोड सुपर कार की वेग सेटिंग्स को बदलने के लिए VEXcode GO के उपयोग के माध्यम से वेग से परिचित कराया जाएगा। वेग किसी वस्तु की गति और दिशा का माप है। यदि छात्र कोड सुपर कार का वेग कम कर दें, तो इससे कोड सुपर कार में लगने वाले बल की मात्रा भी कम हो जाएगी। संतुलित बल कोड सुपर कार के वेग को स्थिर बनाए रखेंगे। असंतुलित बल के कारण कोड सुपर कार की गति तीव्र या मंद हो सकती है।

गति क्या है?

गति तो गति है। इस गति का विश्लेषण यह देखकर और मापकर किया जा सकता है कि कोई वस्तु कितनी दूरी तय करती है, कितनी तेजी से चलती है, तथा किस दिशा में चलती है। अधिक सटीक रूप से, गति को न्यूटन के तीन नियमों का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है।

न्यूटन का गति का पहला नियम

न्यूटन का गति का पहला नियम: कहता है कि एक स्थिर वस्तु स्थिर रहती है और एक गतिशील वस्तु गतिशील रहती है, जब तक कि उस पर कोई असंतुलित या बाह्य बल न लगाया जाए।

जब वस्तुएं स्थिर होती हैं, तो विद्यार्थियों के लिए यह समझना आसान होता है कि वे स्थिर क्यों हैं। हालाँकि, जब वस्तुएँ गतिमान होती हैं और फिर या तो धीरे-धीरे धीमी हो जाती हैं, या घर्षण या गुरुत्वाकर्षण जैसे कुछ बलों के कारण अचानक रुक जाती हैं, तो ये अवधारणाएँ अक्सर आसानी से दिखाई नहीं देती हैं। इस प्रकार, उन्हें अवधारणागत बनाना कठिन है। वस्तुओं का स्थिर होना प्रायः उस वस्तु पर संतुलित बलों के कारण होता है। जब कोई वस्तु गतिमान होती है तो वह तब तक गतिमान रहती है जब तक कि उस पर कोई असंतुलित या बाह्य बल कार्य नहीं करता। उदाहरण के लिए, यदि आप किसी गेंद को पहाड़ी से नीचे लुढ़काते हैं, तो वह तब तक लुढ़कती रहेगी जब तक कि वह किसी चीज से टकरा न जाए या किसी समतल सतह पर आकर घर्षण और/या गुरुत्वाकर्षण के कारण धीमी न हो जाए।

न्यूटन का गति का दूसरा नियम

न्यूटन का गति का दूसरा नियम: बताता है कि किसी वस्तु का त्वरण वस्तु के द्रव्यमान और उस पर कार्य करने वाले बल पर निर्भर करता है। यह नियम बल को द्रव्यमान गुणा त्वरण के बराबर परिभाषित करता है। (अर्थात एफ = एम*ए).

किसी वस्तु पर जितना अधिक बल लगाया जाता है, वह वस्तु उतनी ही अधिक प्रभावित होती है। विचार करने के लिए बहुत सारी शर्तें हैं। उदाहरण के लिए, वस्तु कितनी भारी या बड़ी है? वस्तु जितनी भारी या बड़ी होगी, उसे हिलाने के लिए उतना ही अधिक बल लगेगा।

न्यूटन का गति का तीसरा नियम

न्यूटन का गति का तीसरा नियम: बताता है कि प्रत्येक क्रिया के लिए, एक समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है। दूसरे शब्दों में, यदि वस्तु 1, वस्तु 2 पर बल लगाती है, तो वस्तु 2 भी वस्तु 1 पर समान बल लगाती है।

एक कुर्सी पर बैठने के बारे में सोचो। आपके बैठने के बल का विरोध ऊपर की ओर लगने वाले बल से होना चाहिए अन्यथा कुर्सी गिर जाएगी। संतुलित और असंतुलित बलों के संदर्भ में, जब बल संतुलित होते हैं, तो कोई वस्तु गति नहीं करती और स्थिर रहती है। उदाहरण के लिए, कल्पना कीजिए कि आप अपना हाथ दीवार पर टिका रहे हैं। स्थिर रहने के लिए आपके हाथ का बल दीवार द्वारा लगाए गए बल के साथ संतुलित होता है। बल असंतुलित भी हो सकते हैं। जब बल असंतुलित होते हैं, तो वस्तुएं गति करती हैं। ऐसा एक बल के दूसरे बल से अधिक होने के कारण होता है।

गियर्स क्या हैं?

गियर्स ऐसे पहिये होते हैं जिनके किनारों पर दांत लगे होते हैं जिनका उपयोग बल को एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है। ... ऐसा समान बल स्थानांतरित करने के लिए समान आकार के गियरों के साथ किया जा सकता है, या बल स्थानांतरित करते समय गति या शक्ति लाभ उत्पन्न करने के लिए भिन्न-भिन्न आकार के गियरों का उपयोग करके किया जा सकता है।

गियर से दो प्रकार के यांत्रिक लाभ प्राप्त हो सकते हैं। यांत्रिक लाभ तब होता है जब आपको समान मात्रा में कार्य करने के लिए कम बल की आवश्यकता होती है क्योंकि एक सरल मशीन (इस मामले में: गियर) का उपयोग लागू बल की दिशा को बढ़ाने और बदलने के लिए किया जाता है। यांत्रिक लाभ को विशिष्ट आवश्यकताओं की पूर्ति के लिए समायोजित किया जा सकता है। जब एक ही आकार के दो गियर एक साथ जोड़ दिए जाते हैं, तो इससे 1-1 अनुपात में शक्ति का स्थानांतरण होता है। यांत्रिक लाभ के दो अन्य प्रकार हैं गति और टॉर्क।

गियर किस प्रकार चलते हैं, इसके संबंध में एक ड्राइविंग गियर और एक चालित गियर होता है। ड्राइविंग गियर वह गियर होता है जो किसी अन्य गियर को शक्ति रिले या संचारित करता है। चालित गियर वह गियर होता है जिसे किसी अन्य गियर द्वारा आगे बढ़ाया जाता है।

टॉर्क एक यांत्रिक लाभ है जो संचालित गियर या मशीन के आउटपुट को अधिक शक्तिशाली बनाता है। टॉर्क तब उत्पन्न होता है जब एक छोटा गियर एक बड़े गियर को चलाता है। बड़े गियर को एक पूर्ण चक्कर लगाने के लिए छोटे गियर को अधिक चक्कर लगाने पड़ते हैं। एक छोटे गियर को एक बड़े गियर में बदलते देखने के लिए नीचे दिए गए एनीमेशन को देखें।

गति वह दूरी है जो एक वस्तु समय के साथ चलती है और यह एक यांत्रिक लाभ है जो संचालित गियर या मशीन के आउटपुट को तेज बनाता है। यह लाभ तब प्राप्त होता है जब बड़ा गियर छोटे गियर को चलाता है। नीचे दिए गए एनीमेशन को देखें और देखें कि एक बड़ा गियर एक छोटे गियर को कैसे घुमा रहा है।

गति टॉर्क से व्युत्क्रमानुपाती होती है। यदि आउटपुट में गति वांछित है, तो टॉर्क को कम करना होगा। इसका विपरीत भी सत्य है, यदि आउटपुट के रूप में अधिक टॉर्क या शक्ति चाहिए, तो गति कम हो जाएगी।

VEX GO किट में चार प्रकार के गियर हैं: लाल गियर में 8 दांत हैं, हरे गियर में 16 दांत हैं, नीले गियर में 24 दांत हैं, और गुलाबी गियर में 24 दांत हैं।  लाल, हरा और नीला गियर गति और टॉर्क स्थानांतरित कर सकते हैं। पिंक गियर के मध्य में कोई वर्गाकार छेद नहीं होता है और यह एक "आइडलर" गियर है। इसका उपयोग अक्सर गियर अनुपात को बदले बिना टॉर्क को एक स्थिति से दूसरी स्थिति में स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है।