പശ്ചാത്തലം

ഈ ഭൗതികശാസ്ത്ര യൂണിറ്റിൽ, വസ്തുക്കൾ എങ്ങനെ നീങ്ങുന്നുവെന്ന് വിദ്യാർത്ഥികൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുകയും അവയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ബലങ്ങളെക്കുറിച്ചും അന്വേഷിക്കുകയും ചെയ്യും. ഭൗതിക ശാസ്ത്രത്തിലെ പ്രധാന ആശയങ്ങളാണ് ചലനവും ബലവും. പ്രപഞ്ചത്തിലെ എല്ലാ വസ്തുക്കളും നിരന്തരം ചലനത്തിലാണ്, ഗുരുത്വാകർഷണം പോലുള്ള സന്തുലിതവും അസന്തുലിതവുമായ ശക്തികളാൽ അവ സ്വാധീനിക്കപ്പെടുന്നു.

ഒരു വസ്തുവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു അസന്തുലിതമായ ബലം അതിന്റെ വേഗതയും/അല്ലെങ്കിൽ ചലന ദിശയും മാറ്റുന്നു. ബലങ്ങൾ സന്തുലിതമാണെങ്കിൽ, വസ്തു നിശ്ചലമായിരിക്കും. വസ്തുവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ബലങ്ങൾ അസന്തുലിതമാണെങ്കിൽ, അത് ചലിക്കും. ഈ യൂണിറ്റിൽ, വിദ്യാർത്ഥികൾ സൂപ്പർ കാറിൽ സന്തുലിതവും അസന്തുലിതവുമായ ശക്തികൾ പരീക്ഷിക്കും.

എന്താണ് ഫോഴ്‌സ്?

ഒരു വസ്തുവിൽ ചെലുത്തുന്ന തള്ളൽ അല്ലെങ്കിൽ വലിക്കലാണ് ബലം. ഒരു വസ്തുവിൽ ബലം പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, ആ ബലം എതിർപ്പില്ലാതെ പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ, അത് ഒരു വസ്തുവിന്റെ ചലനത്തെ മാറ്റും. സന്തുലിതവും അസന്തുലിതവുമായ ശക്തികളുണ്ട്. തുല്യവും എന്നാൽ വിപരീത ദിശയിലുള്ളതുമായ ബലങ്ങളെ സന്തുലിത ബലങ്ങൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. സന്തുലിത ബലങ്ങൾ ഒരു വസ്തുവിനെ ചലിപ്പിക്കാൻ കാരണമാകില്ല.

ഒരു സന്തുലിത ശക്തിയുടെ ഉദാഹരണമായി, ഒരേ അളവിലുള്ള ശക്തിയോടെ രണ്ട് കൂട്ടം ആളുകൾ വടംവലി കളിക്കുന്നത് കാണാം. ഇരുവശത്തും പ്രയോഗിക്കുന്ന എതിർ ബലങ്ങൾ തുല്യമായതിനാൽ ഇത് കയർ സ്ഥാനത്ത് തന്നെ തുടരാൻ ഇടയാക്കും. എന്നിരുന്നാലും, അസന്തുലിതമായ ബലങ്ങൾ ഒരു വസ്തുവിനെയോ വസ്തുക്കളെയോ ചലിപ്പിക്കും.

ഇരുവശങ്ങളും ഒരേ അളവിൽ വലിക്കുകയാണെങ്കിൽ, കയർ അനങ്ങുന്നില്ല, വലിക്കുന്ന ആളുകളും അനങ്ങുന്നില്ല. എന്നിരുന്നാലും, ഒരു വശത്ത് വലിക്കുന്ന ശക്തി കൂടുതലാണെങ്കിൽ, അത് മറുവശത്തുള്ള ആളുകളെ പോലെ കയറും ചലിപ്പിക്കും.

ഗുരുത്വാകർഷണം അല്ലെങ്കിൽ ഗുരുത്വാകർഷണ ബലങ്ങൾ ആകർഷണ ബലങ്ങളാണ്. ഭൂമിയിൽ, ഭൂമി നമ്മുടെ മേൽ ചെലുത്തുന്ന ബലമാണ് ഗുരുത്വാകർഷണം, അത് നമ്മെ വലിച്ചിഴച്ച് നിലത്ത് നിർത്തിവയ്ക്കുന്നു. ഈ ബലമാണ് നമ്മുടെ ഭാരം, ഒരു ഫ്ലൈ ബോളിന്റെ ഉയരം, അല്ലെങ്കിൽ ഗ്രഹത്തിലെ മറ്റേതെങ്കിലും ഭൗതിക ശക്തി എന്നിവ നിർണ്ണയിക്കുന്നത്.

 

ഈ യൂണിറ്റിൽ, വിദ്യാർത്ഥികൾ അവരുടെ അൺപവർഡ് സൂപ്പർ കാർ ഒരു റാമ്പിന് മുകളിൽ സ്ഥാപിച്ച് സന്തുലിതവും അസന്തുലിതവുമായ ഗുരുത്വാകർഷണബലം പരീക്ഷിക്കും.

ലാബ് 5-ൽ, കോഡ് സൂപ്പർ കാറിന്റെ പ്രവേഗ ക്രമീകരണങ്ങൾ മാറ്റുന്നതിനായി VEXcode GO ഉപയോഗിച്ച് വിദ്യാർത്ഥികളെ പ്രവേഗത്തിലേക്ക് പരിചയപ്പെടുത്തും. ഒരു വസ്തു എത്ര വേഗത്തിൽ ചലിക്കുന്നുവെന്നും അതിന്റെ ദിശ എത്രയെന്നും അളക്കുന്ന ഒരു അളവുകോലാണ് പ്രവേഗം. വിദ്യാർത്ഥികൾ കോഡ് സൂപ്പർ കാറിന്റെ വേഗത കുറച്ചാൽ, കോഡ് സൂപ്പർ കാറിന്റെ ശക്തി കുറയും. സന്തുലിത ശക്തികൾ കോഡ് സൂപ്പർ കാറിന്റെ വേഗത സ്ഥിരമായി നിലനിർത്തും. അസന്തുലിതമായ ഒരു ബലം കോഡ് സൂപ്പർ കാറിന്റെ വേഗത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനോ വേഗത കുറയ്ക്കുന്നതിനോ കാരണമാകും.

ചലനം എന്താണ്?

ചലനം ചലനമാണ്. ഒരു വസ്തു എത്ര ദൂരം സഞ്ചരിക്കുന്നു, എത്ര വേഗത്തിൽ നീങ്ങുന്നു, ഏത് ദിശയിലാണ് നീങ്ങുന്നത് എന്നിവ നിരീക്ഷിച്ചും അളന്നുകൊണ്ടും ഈ ചലനം വിശകലനം ചെയ്യാൻ കഴിയും. കൂടുതൽ കൃത്യമായി പറഞ്ഞാൽ, ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്ന് നിയമങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് ചലനത്തെ വിവരിക്കാം.

ന്യൂട്ടന്റെ ഒന്നാം ചലന നിയമം

ന്യൂട്ടന്റെ ഒന്നാം ചലന നിയമം: അസന്തുലിതമായതോ ബാഹ്യമായതോ ആയ ബലം പ്രയോഗിക്കുന്നില്ലെങ്കിൽ, നിശ്ചലമായ ഒരു വസ്തു നിശ്ചലമായും ചലിക്കുന്ന ഒരു വസ്തുതുടരുമെന്ന് പറയുന്നു.

വസ്തുക്കൾ നിശ്ചലമായിരിക്കുമ്പോൾ, അവ എന്തുകൊണ്ടാണ് നിശ്ചലമാകുന്നതെന്ന് വിദ്യാർത്ഥികൾക്ക് എളുപ്പത്തിൽ മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിയും. എന്നിരുന്നാലും, വസ്തുക്കൾ ചലിക്കുകയും പിന്നീട് ക്രമേണ വേഗത കുറയുകയോ, ഘർഷണം അല്ലെങ്കിൽ ഗുരുത്വാകർഷണം പോലുള്ള ചില ബലങ്ങൾ കാരണം പെട്ടെന്ന് നിർത്തുകയോ ചെയ്യുമ്പോൾ, ഈ ആശയങ്ങൾ പലപ്പോഴും എളുപ്പത്തിൽ കാണാൻ കഴിയില്ല. അതിനാൽ, അവ സങ്കൽപ്പിക്കാൻ കൂടുതൽ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. വസ്തുക്കൾ നിശ്ചലമാകുന്നത് പലപ്പോഴും ആ വസ്തുവിൽ നിലനിൽക്കുന്ന ബലങ്ങൾ മൂലമാണ്. ഒരു വസ്തു ചലിക്കുമ്പോൾ, ഏതെങ്കിലും അസന്തുലിതമായ അല്ലെങ്കിൽ ബാഹ്യബലം അതിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നതുവരെ അത് ചലിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കും. ഉദാഹരണത്തിന്, നിങ്ങൾ ഒരു കുന്നിൻ മുകളിലൂടെ ഒരു പന്ത് ഉരുട്ടിയാൽ, അത് എന്തെങ്കിലും തട്ടുന്നതുവരെയോ അല്ലെങ്കിൽ ഒരു പരന്ന പ്രതലത്തിൽ നിരപ്പാകുന്നതുവരെയോ ഘർഷണം അല്ലെങ്കിൽ ഗുരുത്വാകർഷണം കാരണം വേഗത കുറയുന്നതുവരെയോ ഉരുണ്ടുകൊണ്ടേയിരിക്കും.

ന്യൂട്ടന്റെ രണ്ടാം ചലന നിയമം

ന്യൂട്ടന്റെ രണ്ടാം ചലന നിയമം: ഒരു വസ്തുവിന്റെ ത്വരണം ഒരു വസ്തുവിന്റെ പിണ്ഡത്തെയും അതിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ബലത്തെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നുവെന്ന് പറയുന്നു. പിണ്ഡ സമയ ത്വരണത്തിന് തുല്യമായ ഒരു ബലത്തെ നിയമം നിർവചിക്കുന്നു. (അതായത് എഫ് = എം*എ).

ഒരു വസ്തുവിൽ പ്രയോഗിക്കുന്ന ബലം കൂടുന്തോറും ആ വസ്തുവിന്റെ സ്വാധീനം വർദ്ധിക്കും. പരിഗണിക്കേണ്ട നിരവധി വ്യവസ്ഥകളുണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, വസ്തുവിന്റെ ഭാരം എത്രയാണ് അല്ലെങ്കിൽ എത്ര വലുതാണ്? വസ്തുവിന്റെ ഭാരം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് അല്ലെങ്കിൽ വലുതാകുമ്പോൾ, അതിനെ ചലിപ്പിക്കാൻ കൂടുതൽ ബലം ആവശ്യമായി വരും.

ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്നാം ചലന നിയമം

ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്നാം ചലന നിയമം: ഓരോ പ്രവൃത്തിക്കും , തുല്യവും വിപരീതവുമായ ഒരു പ്രതിപ്രവർത്തനം ഉണ്ടെന്ന് പറയുന്നു. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, വസ്തു 1 വസ്തു 2 ൽ ഒരു ബലം പ്രയോഗിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വസ്തു 2 വസ്തു 1 ലും തുല്യമായ ബലം പ്രയോഗിക്കുന്നു.

ഒരു കസേരയിൽ ഇരിക്കുന്നതിനെക്കുറിച്ച് ചിന്തിക്കുക. നിങ്ങൾ ഇരിക്കുന്ന ബലത്തെ മുകളിലേക്ക് ഒരു ബലം പ്രയോഗിച്ച് എതിർക്കണം, അല്ലാത്തപക്ഷം കസേര വീഴും. സന്തുലിതവും അസന്തുലിതവുമായ ബലങ്ങളുടെ കാര്യത്തിൽ, ബലങ്ങൾ സന്തുലിതമാകുമ്പോൾ, ഒരു വസ്തു ചലിക്കുന്നില്ല, നിശ്ചലമായിരിക്കും. ഉദാഹരണത്തിന്, നിങ്ങളുടെ കൈ ചുമരിൽ അമർത്തുന്നതായി സങ്കൽപ്പിക്കുക. നിശ്ചലമായി തുടരുന്നതിന് നിങ്ങളുടെ കൈയുടെ ബലം ഭിത്തിയിൽ ചെലുത്തുന്ന ബലവുമായി സന്തുലിതമാണ്. ശക്തികളെയും അസന്തുലിതമാക്കാം. ബലങ്ങൾ അസന്തുലിതമാകുമ്പോൾ, വസ്തുക്കൾ ചലിക്കുന്നു. ഒരു ശക്തി മറ്റൊന്നിനേക്കാൾ വലുതായിരിക്കുന്നതിനാലാണ് ഇത് സംഭവിക്കുന്നത്.

ഗിയറുകൾ എന്താണ്?

ഒരു സ്ഥാനത്ത് നിന്ന് മറ്റൊന്നിലേക്ക് ബലം കൈമാറാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന അരികുകൾക്ക് ചുറ്റും പല്ലുകളുള്ള ചക്രങ്ങളാണ് ഗിയറുകൾ. ഒരേ വലിപ്പത്തിലുള്ള ഗിയറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഒരേ ബലം കൈമാറ്റം ചെയ്യാം അല്ലെങ്കിൽ വ്യത്യസ്ത വലിപ്പത്തിലുള്ള ഗിയറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ബലം കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുമ്പോൾ വേഗതയോ പവർ നേട്ടമോ സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയും.

ഗിയറുകൾക്ക് സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയുന്ന രണ്ട് തരം മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുണ്ട്. ഒരേ അളവിലുള്ള ജോലി ചെയ്യാൻ കുറഞ്ഞ ബലം ആവശ്യമുള്ളപ്പോഴാണ് മെക്കാനിക്കൽ അഡ്വാന്റേജ് എന്ന് പറയുന്നത്, കാരണം പ്രയോഗിക്കുന്ന ബലത്തിന്റെ ദിശ വർദ്ധിപ്പിക്കാനും മാറ്റാനും ഒരു ലളിതമായ യന്ത്രം (ഈ സാഹചര്യത്തിൽ: ഗിയറുകൾ) ഉപയോഗിക്കുന്നു. നിർദ്ദിഷ്ട ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റുന്നതിനായി ഒരു മെക്കാനിക്കൽ നേട്ടം ക്രമീകരിക്കാവുന്നതാണ്. ഒരേ വലിപ്പത്തിലുള്ള രണ്ട് ഗിയറുകൾ ഒരുമിച്ച് ചേർക്കുമ്പോൾ, 1-1 അനുപാതത്തിലുള്ള പവർ ട്രാൻസ്ഫർ സംഭവിക്കുന്നു. വേഗതയും ടോർക്കുമാണ് മറ്റ് രണ്ട് തരം മെക്കാനിക്കൽ നേട്ടങ്ങൾ.

ഗിയറുകൾ എങ്ങനെ നീങ്ങുന്നു എന്നതുമായി ബന്ധപ്പെട്ട്, ഒരു ഡ്രൈവിംഗ് ഗിയറും ഒരു ഡ്രൈവ് ചെയ്ത ഗിയറും ഉണ്ട്. മറ്റൊരു ഗിയറിലേക്ക് പവർ റിലേ ചെയ്യുന്നതോ കൈമാറുന്നതോ ആണ് ഡ്രൈവിംഗ് ഗിയർ. ഒരു ഡ്രൈവ് ഗിയർ എന്നത് മറ്റൊരു ഗിയർ മുന്നോട്ട് ചലിപ്പിക്കുന്ന ഗിയറാണ്.

ടോർക്ക് എന്നത് ഒരു മെക്കാനിക്കൽ നേട്ടമാണ്, അത് ഒരു ഡ്രൈവ് ചെയ്ത ഗിയറിന്റെയോ മെഷീനിന്റെയോ ഔട്ട്പുട്ടിനെ കൂടുതൽ ശക്തമാക്കുന്നു. ഒരു ചെറിയ ഗിയർ ഒരു വലിയ ഗിയറിനെ ഓടിക്കുമ്പോൾ ടോർക്ക് സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു. വലിയ ഗിയറിനെ ഒരു പൂർണ്ണ ഭ്രമണം ചെയ്യാൻ ചെറിയ ഗിയറിന് കൂടുതൽ ഭ്രമണങ്ങൾ ആവശ്യമാണ്. ഒരു ചെറിയ ഗിയർ വലിയ ഗിയറായി മാറുന്നത് കാണാൻ താഴെയുള്ള ആനിമേഷൻ കാണുക.

വേഗത എന്നത് ഒരു വസ്തു കാലക്രമേണ സഞ്ചരിക്കുന്ന ദൂരമാണ്, ഇത് ഓടിക്കുന്ന ഗിയറിന്റെയോ മെഷീനിന്റെയോ ഔട്ട്‌പുട്ട് വേഗത്തിലാക്കുന്ന ഒരു മെക്കാനിക്കൽ നേട്ടമാണ്. ഒരു വലിയ ഗിയർ ഒരു ചെറിയ ഗിയറിനെ ഓടിക്കുമ്പോൾ ഈ നേട്ടം സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു. ഒരു വലിയ ഗിയർ ചെറിയ ഗിയറിനെ തിരിക്കുന്നത് കാണാൻ താഴെയുള്ള ആനിമേഷൻ കാണുക.

വേഗത ടോർക്കുമായി വിപരീതമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഔട്ട്‌പുട്ടിൽ വേഗത ആവശ്യമുണ്ടെങ്കിൽ, ടോർക്ക് കുറയ്ക്കണം. വിപരീതവും ശരിയാണ്, ഔട്ട്‌പുട്ടായി കൂടുതൽ ടോർക്കോ പവറോ ആവശ്യമുണ്ടെങ്കിൽ, വേഗത കുറയും.

VEX GO കിറ്റിൽ നാല് തരം ഗിയറുകളുണ്ട്: റെഡ് ഗിയറിന് 8 പല്ലുകളുണ്ട്, ഗ്രീൻ ഗിയറിന് 16 പല്ലുകളുണ്ട്, ബ്ലൂ ഗിയറിന് 24 പല്ലുകളുണ്ട്, പിങ്ക് ഗിയറിന് 24 പല്ലുകളുണ്ട്.  ചുവപ്പ്, പച്ച, നീല ഗിയറുകൾക്ക് വേഗതയും ടോർക്കും കൈമാറാൻ കഴിയും. പിങ്ക് ഗിയറിന് മധ്യഭാഗത്ത് ഒരു ചതുരാകൃതിയിലുള്ള ദ്വാരമില്ല, അത് ഒരു "ഇഡ്ലർ" ഗിയറാണ്. ഗിയർ അനുപാതം മാറ്റാതെ, ഒരു സ്ഥാനത്ത് നിന്ന് മറ്റൊന്നിലേക്ക് ടോർക്ക് കൈമാറാൻ ഇത് പലപ്പോഴും ഉപയോഗിക്കുന്നു.