पृष्ठभूमि

साधारण मशीनें दैनिक जीवन के लिए महत्वपूर्ण हैं और इन्हें घर, स्कूल या खेल के मैदान में देखा जा सकता है। सरल मशीनें ऐसे उपकरण हैं जो काम को आसान बनाने के लिए बल के आकार और/या दिशा को परिवर्तित करते हैं। साधारण मशीनों का उपयोग करके, आम लोग बड़े-बड़े पत्थर उठा सकते हैं, ब्लॉकों को लंबी दूरी तक ले जा सकते हैं और यहां तक ​​कि पिरामिड भी बना सकते हैं।

इस इकाई में, छात्रों को बल और कार्य की भौतिकी अवधारणाओं और चार प्रकार की सरल मशीनों से परिचित कराया जाएगा: झुका हुआ तल, पहिया और धुरी, उत्तोलक और गियर। छात्र इन सरल मशीनों से युक्त 4 संरचनाओं के माध्यम से यह पता लगा सकेंगे कि बल का प्रयोग करके कार्य को कैसे आसान बनाया जा सकता है: एक झुका हुआ तल, एक संतुलन उत्तोलक, एक स्प्रिंग कार और एक घड़ी। छात्रों को उन उपकरणों के बारे में भी जानकारी मिलेगी जिनका उपयोग प्राचीन काल से किया जाता रहा है और जो आज भी उपयोग में हैं।

सरल मशीन क्या होती है?

साधारण मशीन ऐसा उपकरण है जो किसी वस्तु को गति देने के लिए बल के आकार और दिशा को बदलता है। सरल मशीनें ऐसे उपकरण होते हैं जिनमें बहुत कम या कोई गतिशील भाग नहीं होते हैं और जो काम को आसान बनाते हैं। सरल मशीनें हजारों वर्षों से मौजूद हैं और आज भी उपयोगी बनी हुई हैं। इस इकाई में, छात्रों को चार प्रकार की सरल मशीनों से परिचित कराया जाएगा: झुका हुआ तल, पहिया और धुरी, लीवर, और गियर।

बल क्या है?

बल किसी वस्तु पर लगने वाला धक्का या खिंचाव है। जब किसी वस्तु पर बल लगाया जाता है, और वह बल निर्विरोध भी होता है, तो इससे वस्तु की गति या दिशा में परिवर्तन होता है। हमारे आसपास की चीजों को हिलाने-डुलाने के लिए बल का प्रयोग किया जाता है। इस इकाई में हम बल के कई रूपों के साथ काम करेंगे, जिनमें अनुप्रयुक्त बल, संतुलित और असंतुलित बल शामिल हैं।

लगाया गया बल

किसी वस्तु पर लगाया गया बल, अनुप्रयुक्त बल कहलाता है। यदि आप अपनी कुर्सी को कमरे में धकेलते हैं, तो आप कुर्सी पर बल लगा रहे होंगे।

संतुलित और असंतुलित दोनों प्रकार के बल होते हैं। वे बल जो बराबर हों लेकिन विपरीत दिशाओं में हों, संतुलित बल कहलाते हैं। संतुलित बल किसी वस्तु को गतिमान नहीं करते।

संतुलित और असंतुलित बल

वे बल जो बराबर हों लेकिन विपरीत दिशाओं में हों, संतुलित बल कहलाते हैं। संतुलित बल किसी वस्तु को गतिमान नहीं करते। संतुलित बल का एक उदाहरण दो समूहों के लोगों द्वारा समान मात्रा में बल का प्रयोग करते हुए रस्साकशी खेलना होगा। इससे रस्सी अपनी जगह पर स्थिर रहेगी क्योंकि दोनों तरफ लगने वाले विपरीत बल बराबर हैं।

हालांकि, असंतुलित बल किसी वस्तु या वस्तुओं को गतिमान कर देंगे। मान लीजिए कि रस्साकशी में एक टीम दूसरी टीम की तुलना में अधिक जोर से खींचती है, तो बल बराबर नहीं रह जाएगा। एक टीम दूसरी टीम को अधिक बल की दिशा में खींचने में सक्षम होगी।

असंतुलित बल उस वस्तु की गति में परिवर्तन उत्पन्न करते हैं जिस पर बल लगाया जाता है। झुकाव तल जैसी सरल मशीनें काम को आसान बनाने के लिए असंतुलित बल का उपयोग करती हैं। उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण बल में असंतुलन के कारण वस्तुएँ झुके हुए तल पर नीचे की ओर त्वरित गति से चलती हैं।

गुरुत्वाकर्षण बल

गुरुत्वाकर्षण बल वह बल है जिसके द्वारा पृथ्वी, चंद्रमा या कोई अन्य विशालकाय वस्तु किसी अन्य वस्तु को अपनी ओर आकर्षित करती है। परिभाषा के अनुसार, यह वस्तु का वजन है। पृथ्वी पर मौजूद सभी वस्तुओं पर गुरुत्वाकर्षण बल लगता है जो पृथ्वी के केंद्र की ओर "नीचे की ओर" निर्देशित होता है।

काम क्या है?

विज्ञान में, किसी वस्तु को एक निश्चित प्रारंभिक बिंदु से स्थानांतरित करने के लिए बल का उपयोग करना है सरल मशीनें काम (वस्तुओं को स्थानांतरित करना) को आसान बनाती हैं।

कार्य की वैज्ञानिक परिभाषा किसी वस्तु पर लगाए गए बल की मात्रा को वस्तु द्वारा तय की गई दूरी से गुणा करने पर प्राप्त होने वाला मान है। इस प्रकार, कार्य में बल और दूरी दोनों शामिल होते हैं। प्रत्येक कार्य को पूरा करने के लिए एक निश्चित मात्रा में काम की आवश्यकता होती है, और यह संख्या बदलती नहीं है। अतः, बल और दूरी का गुणनफल हमेशा कार्य की समान मात्रा के बराबर होता है। इसका मतलब यह है कि यदि आप किसी वस्तु को कम दूरी तक ले जाते हैं तो आपको अधिक बल लगाने की आवश्यकता होती है। दूसरी ओर, यदि आप कम बल लगाना चाहते हैं, तो आपको इसे अधिक दूरी तक ले जाना होगा। यह बल और दूरी के बीच का संतुलन है।

यांत्रिक लाभ क्या है?

यांत्रिक लाभ वह स्थिति है जब समान मात्रा में कार्य करने के लिए कम बल की आवश्यकता होती है क्योंकि लगाए गए बल की दिशा को बढ़ाने और बदलने के लिए एक सरल मशीन का उपयोग किया जाता है। विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए यांत्रिक लाभ को समायोजित किया जा सकता है। गति और टॉर्क दो प्रकार के यांत्रिक लाभ हैं।

टॉर्क क्या है?

एक यांत्रिक लाभ है जो संचालित गियर या मशीन के आउटपुट को अधिक शक्तिशाली बनाता है। किसी वस्तु को घुमाना शुरू करने या रोकने के लिए बल का प्रयोग करने पर टॉर्क उत्पन्न होता है, जैसे कि गियर के घूमने और लीवर के आंशिक घुमाव के साथ होता है। नीचे दिए गए एनिमेशन को देखें जिसमें एक छोटा गियर एक बड़े गियर को चलाकर अधिक टॉर्क उत्पन्न करता है।

गति क्या है?

किसी वस्तु द्वारा समय के साथ तय की गई दूरी है और यह एक यांत्रिक लाभ है जो संचालित गियर या मशीन के आउटपुट को तेज बनाता है। गियर के संदर्भ में, गति और टॉर्क का अनुपात विपरीत होता है। यदि उत्पादन में गति वांछित है, तो टॉर्क को कम करना होगा। इसका विपरीत भी सत्य है, यदि आउटपुट के रूप में अधिक टॉर्क या शक्ति की आवश्यकता हो, तो गति कम हो जाएगी। नीचे दिए गए एनिमेशन को देखें जिसमें एक बड़ा गियर एक छोटे गियर को चलाकर अधिक गति प्राप्त करने का प्रयास करता है।