बल और गति – सत्र 4

द्रव्यमान किसी वस्तु में मौजूद पदार्थ या पदार्थ की मात्रा है। यह इस बात का माप है कि किसी वस्तु में कितना सामान है। जब आप एक भारी पत्थर उठाते हैं, तो आप उसके आकार से महसूस कर सकते हैं कि उसका द्रव्यमान एक छोटे कंकड़ की तुलना में अधिक है। इसी प्रकार, एक बड़े तरबूज का द्रव्यमान एक छोटे अंगूर से अधिक होता है।

द्रव्यमान मापने की मानक इकाई ग्राम है। किसी चीज़ का द्रव्यमान मापने के लिए हम एक विशेष उपकरण का उपयोग करते हैं जिसे तराजू या तराजू कहा जाता है। हम ज्ञात द्रव्यमान वाली वस्तु को तराजू के एक ओर रखते हैं। जिस वस्तु का द्रव्यमान अज्ञात है उसे तराजू के दूसरी ओर रखा जाता है। हम एक ओर ज्ञात द्रव्यमानों की संख्या को तब तक बढ़ाते या घटाते हैं जब तक कि दोनों पक्ष संतुलित न हो जाएं। दोनों पक्षों का संतुलन यह दर्शाता है कि अज्ञात वस्तु का द्रव्यमान ज्ञात वस्तु के द्रव्यमान के बराबर है।

द्रव्यमान मापने का सबसे सटीक तरीका डिजिटल स्केल का उपयोग करना है। उदाहरण के लिए, हम टमाटरों का द्रव्यमान मापना चाहते हैं। हम टमाटरों को डिजिटल तराजू पर रखेंगे। डिजिटल मीटर पर रीडिंग टमाटरों का द्रव्यमान बताती है। द्रव्यमान को किलोग्राम में भी मापा जा सकता है। एक किलोग्राम में एक हजार ग्राम होते हैं।

क्या आपने कभी सोचा है कि वस्तुएं ज़मीन पर क्यों गिरती हैं?। खैर, यह गुरुत्वाकर्षण के कारण है। गुरुत्वाकर्षण एक अदृश्य शक्ति है जो चीजों को एक दूसरे की ओर खींचती है। यही वह चीज है जो हमें जमीन पर रखती है।

बहुत समय पहले, सर आइज़ैक न्यूटन नामक एक बुद्धिमान व्यक्ति ने यह सोचना शुरू किया कि चीजें क्यों चलती हैं और कैसे काम करती हैं। यहाँ उनके बारे में एक कहानी दी गई है जो गुरुत्वाकर्षण को समझाती है। एक दिन उसने देखा कि एक सेब पेड़ से नीचे गिर रहा है। उसे आश्चर्य हुआ कि वह ऊपर या बगल की ओर जाने के बजाय नीचे जमीन पर क्यों गिरा। इससे वह सोचने लगा। उन्होंने महसूस किया कि कोई अदृश्य शक्ति अवश्य है जो सेब जैसी चीज़ों को पृथ्वी की ओर खींचती है। उन्होंने इस बल को गुरुत्वाकर्षण कहा।

न्यूटन ने गुरुत्वाकर्षण का अध्ययन और प्रयोग करना शुरू किया। उन्होंने पाया कि द्रव्यमान वाली प्रत्येक वस्तु में विशेष बल होता है। यह बल उन सभी वस्तुओं के बीच विद्यमान होता है जिनमें द्रव्यमान होता है। यह एक जादुई खिंचाव की तरह है जो हमें ज़मीन पर टिकाए रखता है।

यही कारण है कि जब आप ऊपर कूदते हैं, तो आप नीचे की ओर वापस आते हैं। पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण इतना प्रबल है कि वह आपको ज़मीन पर ला सकता है। और यही कारण है कि चंद्रमा पृथ्वी के चारों ओर चक्कर लगाता है। चंद्रमा और पृथ्वी दोनों में गुरुत्वाकर्षण है। तो फिर चंद्रमा पृथ्वी के चारों ओर क्यों घूमता है?।

अधिक द्रव्यमान वाली वस्तु का गुरुत्वाकर्षण बल अधिक मजबूत होता है। चंद्रमा पृथ्वी के चारों ओर घूमता है क्योंकि पृथ्वी की तुलना में चंद्रमा का द्रव्यमान कम है। पृथ्वी का द्रव्यमान चन्द्रमा के द्रव्यमान से अधिक है। चंद्रमा पृथ्वी के चारों ओर घूमता है क्योंकि पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण बल चंद्रमा के गुरुत्वाकर्षण बल की तुलना में अधिक मजबूत है। इसके अलावा, चंद्रमा की आगे की गति और पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण बल के कारण चंद्रमा पृथ्वी के चारों ओर एक कक्षा में घूमता है।

क्या आप जानते हैं कि महासागरों में ज्वार-भाटा किस कारण से आता है?। समुद्र में ज्वार-भाटा चंद्रमा के गुरुत्वाकर्षण बल के कारण होता है। जैसा कि हमने अध्ययन किया है, वस्तुओं, विशेषकर बड़े द्रव्यमान वाली वस्तुओं में गुरुत्वाकर्षण बल होता है जो वस्तुओं को अपनी ओर खींचता है। चंद्रमा का भी द्रव्यमान होता है। लेकिन चंद्रमा का द्रव्यमान पृथ्वी के द्रव्यमान से कम है। अतः चंद्रमा का गुरुत्वाकर्षण बल भी पृथ्वी को खींचता है। यह खिंचाव महासागरों में बड़े ज्वार का कारण बनता है क्योंकि चंद्रमा का गुरुत्वाकर्षण सागर के पानी को खींचता है।

क्या आप जानते हैं कि शाम की तुलना में सुबह आप अधिक लंबे होते हैं। क्या सुबह के समय आपकी ऊंचाई शाम के समय की ऊंचाई से सचमुच भिन्न होती है?। हाँ यह सही है। क्या आप यह प्रयास करना चाहते हैं?। खैर, सुबह उठने के तुरंत बाद एक रूलर की मदद से अपनी ऊंचाई मापें। इसके बाद शाम को दोबारा अपनी ऊंचाई मापें। आपको अपनी ऊंचाई में अंतर दिखाई देगा।

आप सोच रहे होंगे कि शाम की तुलना में सुबह हम लंबे क्यों होते हैं?। खैर, इस प्रश्न का उत्तर गुरुत्वाकर्षण बल में निहित है। जब आप सोते हैं तो आपके शरीर की सभी मांसपेशियां शिथिल होती हैं। लेकिन दिन में आप टहलते भी हैं और अपना अन्य काम भी करते हैं। दिन के समय आपका शरीर सीधी खड़ी स्थिति में रहता है। पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण आपको नीचे की ओर खींचता है। परिणामस्वरूप आपकी रीढ़ की हड्डी थोड़ी सी दब जाती है। इसके कारण शाम को आपकी लंबाई थोड़ी कम हो जाती है। एक बार जब आप सो जाते हैं, तो आपकी रीढ़ शिथिल हो जाती है, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण उसे नीचे की ओर नहीं खींचता। इसलिए यह पुनः अपनी मूल लंबाई पर पहुंच जाता है।

आप सोच रहे होंगे कि शाम की तुलना में सुबह हम लंबे क्यों होते हैं?। खैर, इस प्रश्न का उत्तर गुरुत्वाकर्षण बल में निहित है। जब आप सोते हैं तो आपके शरीर की सभी मांसपेशियां शिथिल होती हैं। लेकिन दिन में आप टहलते भी हैं और अपना अन्य काम भी करते हैं। दिन के समय आपका शरीर सीधी खड़ी स्थिति में रहता है। पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण आपको नीचे खींचता है। परिणामस्वरूप आपकी रीढ़ की हड्डी थोड़ी सी दब जाती है। इसके कारण शाम को आपकी लंबाई थोड़ी कम हो जाती है। एक बार जब आप सो जाते हैं, तो आपकी रीढ़ शिथिल हो जाती है, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण उसे नीचे की ओर नहीं खींचता। इसलिए यह पुनः अपनी मूल लंबाई पर पहुंच जाता है।

हम जानते हैं कि गुरुत्वाकर्षण बल वस्तुओं के द्रव्यमान पर निर्भर करता है। यह दो वस्तुओं के बीच की दूरी पर भी निर्भर करता है। मान लीजिए आप पृथ्वी से बहुत दूर अंतरिक्ष में जा रहे हैं। आप अंतरिक्ष में तैर रहे होंगे। तुम धरती पर नहीं गिरोगे। क्या आप बता सकते हैं कि इस स्थिति में आप धरती पर क्यों नहीं गिरेंगे?। ऐसा इसलिए है क्योंकि आपके और पृथ्वी के बीच की दूरी बहुत अधिक है। इस कारण पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण बल आपको अपनी ओर नहीं खींचेगा।

यदि आप पृथ्वी के निकट हैं, तो आपके और पृथ्वी के बीच गुरुत्वाकर्षण बल अधिक मजबूत होगा। मान लीजिए आप धरती पर खड़े हैं। जब आप कूदते हैं तो आप वापस ज़मीन पर आ जाते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि आपके और पृथ्वी के बीच की दूरी बहुत कम है। इस कारण पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण आपको अधिक खींचता है।

मान लीजिए कि हम एक बहुत ऊंची कार्यालय-इमारत से एक गेंद गिराते हैं। क्या आप बता सकते हैं कि गेंद किस गति से पृथ्वी की ओर जा रही है?। क्या गेंद पृथ्वी की ओर स्थिर गति से चलती है?। हम पहले ही चर्चा कर चुके हैं कि जो वस्तुएं एक दूसरे के करीब होंगी उनके बीच गुरुत्वाकर्षण बल अधिक मजबूत होगा। जैसे-जैसे गेंद ज़मीन के करीब आती है, पृथ्वी गेंद को अधिक बल से अपनी ओर खींचती है। परिणामस्वरूप गेंद की गति बढ़ जाती है।

कार्यालय भवन से गिराई गई गेंद की गति समय बीतने के साथ बढ़ती जाएगी। हम यह भी कह सकते हैं कि गेंद त्वरित हो जायेगी। गेंद का यह त्वरण गुरुत्वाकर्षण बल के कारण है। गुरुत्वाकर्षण बल के कारण किसी भी वस्तु का त्वरण नौ दशमलव आठ मीटर प्रति वर्ग सेकंड होता है। इसका अर्थ यह है कि मुक्त रूप से गिरती हुई वस्तु की गति प्रत्येक सेकण्ड बाद नौ दशमलव आठ मीटर प्रति सेकण्ड बढ़ जाएगी।