न्यूटन की गति के नियम वर्तमान समय में हमारे लिए काफी उपयोगी है। मान लीजिए कि आप एक गेंद को एक बहुत लंबी सीधी सतह पर स्थिर वेग से फेंकते हैं। लेकिन क्या पूरी गति के दौरान गेंद पर बल लगाना आवश्यक है?
आप हाँ कह सकते हैं, क्योंकि बाहरी विरोधी ताकतों जैसे घर्षण या चिपचिपा बल के कारण गेंद का वेग कम होता रहेगा और कुछ समय बाद गेंद स्थिर हो जाएगी।
अब आइए एक आदर्श स्थिति पर विचार करें जैसे कि सतह घर्षण रहित हो और गेंद पर कोई विरोधी बल न हो। उस स्थिति में गेंद अनंत समय तक अपने स्थिर वेग से चलती रहेगी। इस स्थिति को न्यूटन के गति के प्रथम नियम द्वारा समझाया गया है।
इस लेख में हम न्यूटन के गति के नियमों पर चर्चा करेंगे जो चीजों की गति को समझाने और दैनिक जीवन में न्यूटन के गति के नियमों के अनुप्रयोगों से संबंधित हैं। तो ऐसी चीज़ों की व्याख्या के पीछे की फिजिक्स क्या है जो हम अपने दैनिक जीवन में देखते हैं?
यह क्लासिकल मैकेनिक्स या न्यूटोनियन मैकेनिक्स है और यह पिंडों की गति (यांत्रिकी) के विज्ञान की सबसे पुरानी शाखा है, जो बाद में आई आधुनिक फिजिक्स से अलग है।
यदि हम क्लासिकल मैकेनिक्स और दैनिक जीवन में न्यूटन के गति के नियमों के अनुप्रयोगों के बारे में बात करने जा रहे हैं, तो हमें सबसे पहले इन नियमों के फाउंडर सर आइजैक न्यूटन के बारे में जानना चाहिए।
सर आइजैक न्यूटन कौन थे और उनका परिचय
आइजैक न्यूटन अपनी पीढ़ी के महानतम अंग्रेजी गणितज्ञ थे। उन्होंने डिफरेंशियल और इंटीग्रल कैलकुलस की नींव रखी। प्रकाशिकी और गुरुत्वाकर्षण पर उनका काम उन्हें दुनिया के सबसे महान वैज्ञानिकों में से एक बनाता है।
आइजैक न्यूटन का जन्म लिंकनशायर में ग्रांथम के पास वूलस्टोर्प के मनोर घर में हुआ था। हालाँकि उनके जन्म के समय उपयोग में आने वाले कैलेंडर के अनुसार उनका जन्म क्रिसमस दिवस 1642 को हुआ था।
आइजैक न्यूटन किसान के परिवार से थे। लेकिन वे अपने पिता को कभी नहीं जानते थे, जिनका नाम भी आइजैक न्यूटन था। जिनकी मृत्यु उनके बेटे के जन्म से तीन महीने पहले अक्टूबर 1642 में हो गई थी।
उन्होंने रंगों के साथ एकीकृत सफेद रोशनी की घटना की खोज की जिसने आगे चलकर आधुनिक भौतिक प्रकाशिकी की नींव रखी। यांत्रिकी में गति के उनके प्रसिद्ध तीन नियमों और गुरुत्वाकर्षण के नियमों के प्रतिपादन ने दुनिया भर में भौतिकी के ट्रैक को पूरी तरह से बदल दिया था।
वह गणित में कैलकुलस के प्रवर्तक थे। आइज़ैक न्यूटन ने 1661 में ट्रिनिटी कॉलेज, कैम्ब्रिज में अध्ययन किया। आइजैक न्यूटन ने अपने पूरे जीवन में कई पदों पर कार्य किया।
1671 में रिफ़्लेक्टिंग टेलिस्कोप का एक नया और उन्नत संस्करण विकसित करने के बाद उन्हें लंदन की रॉयल सोसाइटी में शामिल होने के लिए आमंत्रित किया गया था। बाद में उन्हें रॉयल सोसाइटी का अध्यक्ष चुना गया (1703)।
सर आइजैक न्यूटन 1689 में संसद में एक सीट के लिए चुनाव भी लड़े थे। उन्होंने चुनाव जीता और कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के लिए संसद सदस्य बने। उन्हें 1969 में टकसाल के वार्डन के रूप में भी नियुक्त किया गया था।
उनके अनुकरणीय कार्य और टकसाल के प्रति समर्पण के कारण, उन्हें 1700 में टकसाल का मास्टर चुना गया था। 1705 में नाइट की उपाधि दिए जाने के बाद, उन्हें “सर आइजैक न्यूटन” के नाम से जाना जाने लगा।
आइजैक न्यूटन की कुछ उपलब्धियाँ
उनका मस्तिष्क मौलिक विचारों से ओत-प्रोत था। उन्होंने तीन अलग-अलग क्षेत्रों में महत्वपूर्ण प्रगति की, उनकी कुछ महान खोजें इस प्रकार से हैं-
- कैलकुलस, परिवर्तन का गणित, जो हमारे आसपास की दुनिया की हमारी समझ के लिए महत्वपूर्ण है
- गुरुत्वाकर्षण
- प्रकाशिकी और प्रकाश का व्यवहार
- उन्होंने पहला कार्यशील रिफ़्लेक्टिंग टेलिस्कोप भी बनाया
- उन्होंने दिखाया कि केप्लर के ग्रहों की गति के नियम न्यूटन के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण से बंधे हैं।
न्यूटन की गति के 3 नियम क्या है?
न्यूटन के गति के नियम तीन भौतिक नियम हैं जो kinematics के विज्ञान को स्थापित करते हैं। ये नियम किसी वस्तु की गति और उस पर लगने वाले बल के बीच संबंध का वर्णन करते हैं।
यह आइजैक न्यूटन ही थे जिन्होंने इन नियमों की खोज की और उन्होंने कई भौतिक प्रणालियों और घटनाओं को समझाने के लिए इन नियमों का उपयोग किया। इन तीन नियमों को पहली बार आइजैक न्यूटन ने 1687 में प्रकाशित किया था, जो क्लासिकल मैकेनिक्स का आधार है।
न्यूटन ने इन नियमों का उपयोग कई भौतिक घटनाओं की व्याख्या और जांच के लिए किया था। न्यूटन ने दिखाया कि सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम के अलावा ये नियम केपलर के ग्रहों की गति के नियमों को समझाने में सक्षम हैं, और ये नियम अब तक के सबसे महत्वपूर्ण भौतिक नियमों में से एक हैं।
आइए अब हम न्यूटन के गति के नियमों, इसकी व्याख्या और गणितीय अभिव्यक्ति के साथ-साथ दैनिक जीवन में न्यूटन के गति के नियमों के सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों पर चर्चा करते हैं।
1. न्यूटन का गति का पहला नियम (जड़त्व का नियम)
गति का पहला नियम: “एक वस्तु जो विराम अवस्था में है वह विराम अवस्था में ही रहेगी और एक गतिमान वस्तु तब तक गति में ही रहेगी जब तक उस पर कोई बाहरी बल न लगाया जाए।”
इसका मतलब यह है कि असंतुलित बल के प्रभाव के बिना गति में परिवर्तन या कमी नहीं हो सकती। अगर तुम्हें कुछ नहीं हुआ तो तुम कभी कहीं नहीं जाओगे। यदि आप एक निश्चित दिशा में जा रहे हैं, जब तक कि आपके साथ कुछ घटित न हो, आप सदैव उसी दिशा में चलते रहेंगे।
अर्थात् यदि परिणामी बल (पिंड पर कार्य करने वाले बलों का सदिश योग) शून्य है, तो वस्तु का वेग स्थिर रहता है। जब हम कहते हैं कि किसी वस्तु का वेग स्थिर है, तो हमारा मतलब है कि मैग्निट्यूड और दिशा दोनों स्थिर हैं।
अब जब आप अंतरिक्ष यात्रियों का वीडियो देखेंगे तो आपको अच्छे से समझ आएगा। क्या आपने कभी देखा है कि उनके उपकरण अन्तरिक्ष में तैरते रहते हैं? चूंकि इस स्थिति को बदलने के लिए कोई ताकत नहीं है।
यही बात तब लागू होती है जब अंतरिक्ष यात्री कैमरे पर वस्तुएं फेंकते हैं, तो ये वस्तुएं एक सीधी रेखा में चलती हैं। मतलब यदि वे अंतरिक्ष में रहते हुए किसी वस्तु को गिराते हैं, तो वह वस्तु उसी दिशा में और उसी गति से चलती रहेगी जब तक कि उसमें हस्तक्षेप न किया जाए।
जड़त्व
जड़त्व का सिद्धांत क्लासिकल भौतिकी में बुनियादी सिद्धांतों में से एक है। इसका उपयोग आज भी चीजों की गति का वर्णन करने के लिए किया जाता है और यह वस्तु पर लागू बलों को भी समझाता है।
जड़त्व शब्द को “किसी वस्तु के वेग में परिवर्तन के प्रतिरोध की मात्रा” या “गति में परिवर्तन के प्रतिरोध” के रूप में संदर्भित किया जाता है। इसमें वस्तु की गति की दिशा में परिवर्तन भी शामिल है।
इस गुण का एक पहलू यह है कि चीजें एक सीधी रेखा में स्थिर गति से चलती रहती हैं, जब कोई बल उन पर प्रभाव नहीं डाल रहा होता है।
न्यूटन के प्रथम नियम के वास्तविक उदाहरण
- बिजली बंद होने के कुछ समय बाद तक बिजली का पंखा चलता रहता है।
- जब एक जगह खड़ी बस चलने लगे तो उसमें बैठे यात्री पीछे की ओर झुकते हैं।
हमारे आस-पास की चीज़ों की घटना को न्यूटन के गति के पहले नियम के अनुसार समझाया जा सकता है। अब हम रोजमर्रा की जिंदगी में न्यूटन के गति के पहले नियम के उदाहरण दिखाएंगे-
कार एयर बैग
एयर बैग का काम किसी दुर्घटना के समय फूलना और ड्राइवर के सिर को विंडशील्ड से टकराने से रोकना है। जब एयरबैग वाली कार दुर्घटनाग्रस्त होती है, तो उसकी गति में अचानक कमी के कारण विद्युत स्विच चालू हो जाता है।
फिर इससे एक रासायनिक प्रतिक्रिया शुरू होती है जो एक गैसीय पदार्थ उत्पन्न करती है जो एयर बैग को भरने और चालक के सिर की रक्षा करने का काम करती है।
- मेज़ पर रखी किताब तब तक अपनी जगह पर बनी रहती है जब तक कि उसे हटा न दिया जाए।
- जब आप नीचे उतरते लिफ्ट में चढ़ते हैं तो रक्त आपके सिर से पैरों की ओर दौड़ता है और तुरंत रुक जाता है।
- हथौड़े में लगे डंडे को किसी सख्त जगह पर मारकर हथौड़े को कस दिया जाता है।
- स्केटबोर्ड (या गाड़ी या बाइक) की सवारी करते समय जब आप फुटपाथ, चट्टान या किसी अन्य चीज़ से टकराते हैं जो स्केटबोर्ड को अचानक रोक देती है, तो आप बोर्ड से दूर आगे की ओर चले जाते हैं।
2. न्यूटन का गति का दूसरा नियम
गति का दूसरा नियम: “यदि कोई बल किसी वस्तु को प्रभावित करता है, तो वस्तु त्वरण प्राप्त करती है, जो उसकी ताकत के अनुपात में और उसके द्रव्यमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है।”
न्यूटन का दूसरा नियम किसी वस्तु की गति का अध्ययन करता है जब बाहरी ताकतें उस पर प्रभाव डालती हैं। जब कोई स्थिर बल किसी विशाल वस्तु को प्रभावित करता है, तो यह उसमें तेजी लाता है, अर्थात उसकी गति को स्थिर दर से बदलता है।
सबसे सरल भाषा में, किसी स्थिर वस्तु पर लगने वाला बल उस वस्तु को बल की दिशा में ले जाता है। हालाँकि यदि वस्तु वास्तव में गति में है तो ऐसा प्रतीत होता है कि वस्तु गति कर रही है, धीमी हो रही है, या बल की दिशा, वस्तु द्वारा ली गई दिशाओं और संदर्भ के फ्रेम जिसमें वह एक दूसरे के सापेक्ष गति कर रही है, के आधार पर अपनी दिशा बदल रही है।
यह संबंध गति को संरक्षित करने के सिद्धांत को लागू करता है, जो यह है कि जब वस्तु पर कार्य करने वाले परिणामी बलों का योग शून्य के बराबर होता है, तो वस्तु की गति स्थिर रहती है। परिणामी बल संवेग में परिवर्तन की दर के बराबर है।
इस नियम का यह भी अर्थ है कि जब दो समान बल दो अलग-अलग पिंडों पर कार्य करते हैं, तो अधिक द्रव्यमान वाली वस्तु में कम त्वरण और धीमी गति होगी और कम द्रव्यमान वाली वस्तु में अधिक त्वरण होगा। उदाहरण के लिए-
यदि हमारे पास दो समान इंजन हैं, एक बड़ी कार के लिए और दूसरा छोटी कार के लिए, तो छोटी कार में अधिक त्वरण होगा क्योंकि उसका द्रव्यमान कम है और बड़ी कार में कम त्वरण होगा क्योंकि उसका द्रव्यमान अधिक है।
न्यूटन के दूसरे नियम के वास्तविक उदाहरण
- हम दैनिक जीवन में हमेशा न्यूटन के गति के दूसरे नियम के अनुप्रयोगों को देखते हैं। जब हम किसी वस्तु को हिलाने की कोशिश करते हैं, जैसे कि जमीन पर लुढ़कती हुई या चलती हुई गेंद को रोकना या गेंद को हिलाने के लिए धक्का देना।
- रेसिंग कारों की गति बढ़ाने के लिए उनका वजन कम करना। उदाहरण के लिए कार रेसिंग में, इंजीनियर वाहन के द्रव्यमान को यथासंभव कम रखने की कोशिश करते हैं, क्योंकि कम द्रव्यमान का मतलब अधिक त्वरण होता है, और त्वरण जितना अधिक होगा, दौड़ जीतने की संभावना उतनी ही अधिक होगी।
- जब हम गेंद को किक करते हैं तो हम एक विशिष्ट दिशा में बल लगाते हैं, जो कि गेंद की गति की दिशा होती है। इसके अलावा गेंद को जितनी अधिक ताकत से किक किया जाता है, हम उस पर उतना ही अधिक बल लगाते हैं और गेंद उतनी ही दूर होती है।
- सुपरमार्केट में भरी हुई गाड़ी को धक्का देने की तुलना में खाली गाड़ी को धक्का देना आसान है। अधिक द्रव्यमान को त्वरण के लिए अधिक शक्ति की आवश्यकता होती है।
- सड़क पर चलने वाले दो लोगों में से यदि दोनों एक दूसरे से भारी है, तो सबसे भारी वजन वाला व्यक्ति धीमी गति से चलता है क्योंकि जो हल्का वजन उठाता है उसकी गति अधिक होती है।
3. न्यूटन का गति का तीसरा नियम
गति का तीसरा नियम: “प्रत्येक क्रिया की एक समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है।”
यहाँ क्रिया और प्रतिक्रिया से तात्पर्य बल से है। इस प्रकार जब मेज पर रखी एक पुस्तक मेज पर कोई बल लगाती हैं तो मेज भी इसके समान और विपरीत बल पुस्तक पर ऊपर की ओर लगाती है।
ब्रह्मांड में सभी बल समान लेकिन विपरीत दिशा वाले बलों से प्रभावित होते हैं। किसी वस्तु पर कार्य करने वाले प्रत्येक बाहरी बल के लिए समान परिमाण लेकिन विपरीत दिशा का एक बल लगता है जो उस वस्तु पर वापस कार्य करता है।
आंतरिक बलों के मामले में, वस्तु के एक हिस्से पर लगने वाले बल का प्रतिकार वस्तु के दूसरे हिस्से पर प्रतिक्रिया बल द्वारा किया जाएगा। जब दो पिंड एक-दूसरे से संपर्क करते हैं, तो वे बल का आदान-प्रदान करते हैं, जो परिमाण में बराबर होता है लेकिन विपरीत दिशाओं में कार्य करता है।
इस नियम का स्थैतिक संतुलन में बहुत बड़ा अनुप्रयोग है जहां बल संतुलित होते हैं, और उन वस्तुओं के लिए भी जो समान त्वरित गति से गुजरती हैं।
उदाहरण के लिए टेबल पर रखा एक लैपटॉप नीचे की ओर एक बल लगाता है, जो टेबल पर उसके वजन के बराबर होता है, और परिणामस्वरूप टेबल लैपटॉप पर एक समान और विपरीत बल लगाती है।
यह बल काम में आता है क्योंकि लैपटॉप का वजन टेबल को थोड़ा विकृत कर देता है और बदले में टेबल लैपटॉप को पीछे धकेल देती है।
न्यूटन के गति के तीसरे नियम के उदाहरण
- रॉकेट और अन्य उपकरणों को डिजाइन करते समय इंजीनियर न्यूटन के तीसरे नियम को लागू करते हैं, उदाहरण के लिए जब रॉकेट प्रज्वलित होता है तो उससे ऊपर तक गैसों की मात्रा इसकी गति को बढ़ा देती है।
- जब कोई व्यक्ति चलता है तो उसका प्रभाव पृथ्वी पर बहुत अधिक पड़ता है और पृथ्वी भी उस पर बहुत अधिक प्रभाव डालती है इसलिए पृथ्वी और व्यक्ति दोनों एक दूसरे को प्रभावित करते हैं।
- जब आप कूदते हैं, तो आपके पैर ज़मीन पर बल लगाते हैं, और पृथ्वी समान और विपरीत प्रतिक्रिया बल लगाती है जो आपको हवा में धकेलती है।
- जब कोई व्यक्ति पानी में होता है तो पानी व्यक्ति को आगे की ओर धकेलता है जबकि व्यक्ति पानी को पीछे की ओर धकेलता है, दोनों एक दूसरे को प्रभावित करते हैं।
- हेलीकॉप्टर हवा को नीचे धकेल कर उठाने की शक्ति पैदा करते हैं, इस प्रकार इसे ऊपर की ओर प्रतिक्रिया बल के संपर्क में लाते हैं।
- पक्षी और हवाई जहाज़ भी हवा पर आवश्यक बल की विपरीत दिशा में बल लगाकर उड़ते हैं। उदाहरण के लिए पक्षी के पंख आगे की गति बढ़ाने के लिए हवा को आगे-पीछे धकेलते हैं।
न्यूटन का तीसरा नियम और हुक का नियम
कुछ मामलों में न्यूटन के तीसरे नियम को लागू करते समय तनाव और विकृति जैसे अन्य कारकों को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए। उदाहरण के लिए किसी व्यक्ति के प्रवेश के कारण कार का द्रव्यमान बढ़ जाता है। यह कार के सस्पेंशन सिस्टम में विस्थापन को प्रभावित करता है।
उपरोक्त को हुक के लोच के नियम के रूप में जाना जाता है जो इंगित करता है कि जिस मात्रा के साथ किसी वस्तु में परिवर्तन होता है वह इस परिवर्तन का कारण बनने वाले बल से रैखिक रूप से संबंधित होता है। जिन पदार्थों पर हुक का नियम मोटे तौर पर लागू होता है वे linear elasticity वाले पदार्थ होते हैं।
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निष्कर्ष:
तो ये था न्यूटन के गति के 3 नियम और उनके उद्धारण, हम आशा करते है की इस आर्टिकल को संपूर्ण पढ़ने के बाद आपको न्यूटन के सभी लॉ ऑफ़ मोशन के बारे में पूरी जानकारी मिल गयी होगी।
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