बल और गति – सत्र 5

कल्पना कीजिए कि आपके पास एक खिलौना कार है। जब आप इसे उठाते हैं तो आपको लगता है कि इसमें कुछ भारीपन है। वह भारीपन जो आप महसूस करते हैं, उसे हम भार कहते हैं। वजन से तात्पर्य है कि जब आप किसी चीज को अपने हाथ में पकड़ते हैं तो वह कितनी भारी या हल्की लगती है। तो फिर, चीजों का वजन क्यों होता है?। खैर, यह gravity नामक एक विशेष बल के कारण है। भार किसी object में मौजूद सामान की मात्रा और gravity की ताकत पर निर्भर करता है।

लेकिन रुकिए, वजन को mass से भ्रमित न करें। Mass किसी object में उपस्थित पदार्थ की मात्रा है। यह ऐसा ही है जैसे आपके खिलौनों के डिब्बे में कितना सामान भरा होता है। आप जितने अधिक खिलौने अंदर डालेंगे, mass उतना ही अधिक होगा। चाहे आप ब्रह्मांड में कहीं भी यात्रा करें, आपका mass वही रहेगा। हालाँकि, वजन mass और gravity बल पर निर्भर करता है।

हम किसी object का भार उसके mass को पृथ्वी के gravity के कारण लगने acceleration से गुणा करके माप सकते हैं। हम जानते हैं कि gravity के कारण पृथ्वी पर मुक्त रूप से गिरती हुई object का acceleration नौ दशमलव आठ मीटर प्रति वर्ग सेकंड होता है। तो मान लीजिए आपका mass 40 किलोग्राम है। आपका वजन तीन सौ बानवे न्यूटन है। हम न्यूटन को N चिन्ह से दर्शाते हैं।

अब, यहाँ कुछ रोमांचक बात है। यदि आप चंद्रमा पर जाएंगे तो आपका वजन पृथ्वी की तुलना में बहुत कम होगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि चंद्रमा पर gravity बल कमजोर है। चंद्रमा पर जाने वाले अंतरिक्ष यात्रियों को इसका अनुभव होता है। वे चन्द्रमा पर अधिक ऊंची छलांग लगा सकते हैं, क्योंकि चन्द्रमा पर उनका वजन कम होता है।

क्या आपने कभी सोचा है कि कुछ चीजें भारी क्यों लगती हैं, जबकि अन्य हल्की लगती हैं, जबकि उनका आकार एक ही होता है?। उदाहरण के लिए, एक ही आकार के दो बक्से लें। एक बक्सा लकड़ियों से भरें। एक अन्य बॉक्स को पत्थरों से भरें। कौन सा बक्सा भारी होगा?। निश्चित रूप से पत्थरों से भरा बक्सा भारी लगेगा। लेकिन क्यों?।

इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए आइए घनत्व की अवधारणा को समझें। घनत्व इस बात का माप है कि किसी निश्चित आयतन में कितना mass समाया हुआ है। यह हमें बताता है कि किसी विशिष्ट स्थान पर कितना सामान है। चट्टानों से भरे बक्से का घनत्व लकड़ी से भरे बक्से की तुलना में अधिक होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि घनत्व की गणना किसी object के mass को उसके आयतन से विभाजित करके की जाती है। चूँकि दोनों बक्सों का आयतन समान है, इसलिए चट्टानों से भरे बक्से का mass अधिक है। इसका घनत्व अधिक होगा।

आइये अब लोहे के एक टुकड़े का घनत्व परिकलित करें। हमें लोहे के टुकड़े का घनत्व मापने के लिए उसका mass और आयतन जानना होगा। मान लीजिए लोहे का mass पचपन grams है। इसका आयतन सात घन सेंटीमीटर है। तो लोहे के इस टुकड़े का घनत्व होगा 7.8 g/cm³।

एक किलोग्राम लोहे का घनत्व एक किलोग्राम लकड़ी के घनत्व से अधिक होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक किलोग्राम लोहा कम जगह घेरता है। जबकि एक किलोग्राम लकड़ी अधिक स्थान घेरती है। अतः उच्च घनत्व का अर्थ है कि mass वाली object कम स्थान घेरती है। इस बीच, कम घनत्व का मतलब है कि mass वाली object अधिक स्थान घेरती है।

मान लीजिए आप तेल को पानी में मिलाते हैं। तेल पानी में नहीं घुलेगा। दो परतें बनेंगी। एक परत तेल की होगी। दूसरी परत पानी की होगी। तेल की परत पानी की परत के ऊपर है। हम यह भी कह सकते हैं कि तेल पानी पर तैरता है। क्या आप बता सकते हैं कि तेल पानी पर क्यों तैरता है?।

घनत्व में अंतर के कारण तेल पानी पर तैरता है। तेल का घनत्व पानी के घनत्व से कम है। ऐसा इसलिए है क्योंकि तेल और पानी का समान mass अलग-अलग आयतन घेरता है। इसका मतलब यह है कि एक किलोग्राम तेल एक किलोग्राम पानी से अधिक स्थान घेरता है।

मान लीजिए हम शहद को पानी में मिला रहे हैं। शहद और पानी की दो अलग-अलग परतें बनती हैं। शहद का घनत्व पानी के घनत्व से अधिक होता है। क्या आप बता सकते हैं कि शहद ऊपरी परत बनाता है या निचली परत?। शहद निचली परत में दिखाई देगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि पानी का घनत्व शहद के घनत्व से कम है।

घनत्व तरल पदार्थों में objects के तैरने और डूबने के व्यवहार को भी प्रभावित करता है। क्या आपने कभी सोचा है कि कुछ objects पानी पर तैरती रहती हैं, जबकि अन्य नीचे डूब जाती हैं?। ऐसा object के घनत्व और उस द्रव के घनत्व, जिसमें वह object रखी गई है, के बीच संबंध के कारण होता है। यदि object का घनत्व द्रव के घनत्व से अधिक है, तो object द्रव में डूब जाएगी। उदाहरण के लिए, एक धातु का सिक्का पानी में डूब जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि धातु के सिक्के का घनत्व पानी से अधिक है।

यदि object का घनत्व द्रव के घनत्व से कम है, तो object द्रव पर तैरती रहेगी। उदाहरण के लिए, लकड़ी का टुकड़ा पानी में नहीं डूबता। यह पानी पर तैरता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि लकड़ी का घनत्व पानी के घनत्व से कम है।

क्या आपने कभी सोचा है कि एक सुई पानी में क्यों डूब जाती है जबकि एक बड़ा जहाज पानी पर तैरता रहता है?। यद्यपि जहाज का mass सुई के mass से अधिक है। सुई पानी में डूब जाती है क्योंकि इसका घनत्व पानी के घनत्व से अधिक है। सुई छोटी और सघन होती है। इसके आयतन की तुलना में इसका mass अपेक्षाकृत अधिक है। इसीलिए यह पानी में डूब जाता है।

जहाज पानी पर तैरता है क्योंकि इसका घनत्व पानी के घनत्व से कम है। जहाजों को खोखली, बड़ी संरचना के साथ डिज़ाइन किया जाता है। इसका मतलब यह है कि उनके mass की तुलना में उनका आयतन बड़ा है। अतः हम समझते हैं कि object के mass का उसके पानी में डूबने या तैरने पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता। object का घनत्व objects डूबने या तैरने के व्यवहार को प्रभावित करता है।

आपने गुब्बारे को हवा में ऊपर की ओर जाते देखा होगा। क्या आप जानते हैं कि गुब्बारे हवा में ऊपर की ओर क्यों उड़ते हैं?गुब्बारे हीलियम गैस से भरे होते हैं। हीलियम गैस का घनत्व हवा से कम होता है। कम घनत्व के कारण हीलियम गैस हवा में ऊपर की ओर बढ़ती है।