बल और गति – सत्र 6

कल्पना कीजिए कि आप एक खिलौना कार के साथ खेल रहे हैं और आप उसे अपने हाथ से धक्का दे रहे हैं। आप कार को जो धक्का देते हैं उसे बल कहते हैं। यह बल एक विशेष प्रकार का धक्का या खिंचाव है जो चीजों को हिला सकता है या रोक सकता है। उदाहरण के लिए, जब आप गेंद को किक मारते हैं, तो आप उसे चलाने के लिए बल का प्रयोग करते हैं।

अब, फुटबॉल खेलने के बारे में सोचिए। जब आप गेंद को गोल की ओर मारना चाहते हैं तो आप अपने पैर से बल का प्रयोग करते हैं। आप गेंद पर जो बल लगाते हैं, वह उसे गति प्रदान करता है। यही कारण है कि गेंद हवा में उड़ती है और उम्मीद है कि गोल में चली जाएगी। अपने आस-पास देखें और उन विभिन्न चीजों को खोजें जिन पर आप बल प्रयोग कर सकते हैं। क्या आप कुर्सी को धकेल सकते हैं?। क्या आप एक किताब खींच सकते हैं?। दरवाज़ा खोलने या बंद करने के लिए उसे धीरे से धक्का देना या खींचना कैसा रहेगा?। हर बार जब आप ऐसा करें, तो याद रखें कि आप चीजों को चलाने के लिए बल का प्रयोग कर रहे हैं।

क्या आप जानते हैं कि अधिक दिलचस्प क्या है?। बल न केवल चीजों को गतिमान करता है बल्कि उन्हें गतिमान होने से रोकने में भी मदद करता है। कल्पना कीजिए कि एक गेंद ज़मीन पर लुढ़क रही है और आप उसे रोकना चाहते हैं। आप लुढ़कती गेंद के सामने अपना हाथ रखते हैं और उसकी गति के विरुद्ध धीरे से धक्का देते हैं। ऐसा करने से आप गेंद की गति के विपरीत दिशा में बल लगा रहे हैं।

किसी वस्तु को चलाने के लिए आवश्यक बल इस बात पर निर्भर करता है कि वह कितनी भारी है और कितनी तेजी से चलेगी। कल्पना कीजिए कि आपके पास अलग-अलग द्रव्यमान वाली दो खिलौना कारें हैं। एक कार बहुत हल्की है, और दूसरी कार भारी है। यदि आप दोनों कारों को समान बल से धक्का देंगे तो हल्की कार अधिक तेज चलेगी क्योंकि उसका mass कम है। लेकिन भारी कार धीमी गति से चलेगी क्योंकि उसका mass अधिक है।

हम जानते हैं कि acceleration है कि कोई चीज कितनी तेजी से गति पकड़ती है या धीमी हो जाती है। बल object के mass पर तथा बल लगाने के बाद वह कितनी तेजी से चलती है, इस पर निर्भर करता है। हम यह भी कह सकते हैं कि बल object के mass गुणनफल तथा acceleration के बराबर होता है।

मान लीजिए आपके पास एक खिलौना कार है और आप उसे धक्का देकर चलाना चाहते हैं। आइये बल सूत्र का उपयोग करके यह पता लगाएं कि कार को चलाने के लिए आपको कितना बल लगाना होगा। सबसे पहले यह पता लगाएं कि खिलौना कार का वजन कितना है। मान लीजिए इसका वजन दो किलोग्राम है। तो, कार का mass दो किलोग्राम है। अब, आप यह जानना चाहते हैं कि आप कार को कितनी गति से accelerate चाहते हैं। मान लीजिए आप चाहते हैं कि कार acceleration √4 1m/s²।

अब, कार को चलाने के लिए आवश्यक बल की गणना करने के लिए बल सूत्र का उपयोग करें। हम कार के mass को acceleration से गुणा करेंगे। तो, खिलौना कार को 100 किमी/घंटा की acceleration से चलाने के लिए आपको दो न्यूटन बल लगाने की आवश्यकता है 1m/s²।

कल्पना कीजिए कि आप गेंद पर बल लगाते हैं। बल लगाने के बाद गेंद चलने लगती है। कुछ समय बाद गेंद चलना बंद हो जाती है। लेकिन क्यों?। यह घर्षण के कारण है। घर्षण वह बल है जो चलती कार को धीमा करने का प्रयास करता है। घर्षण तब होता है जब दो सतहें, जैसे गेंद और फर्श, एक दूसरे के विरुद्ध रगड़ खाती हैं। यह फर्श द्वारा गेंद को दिए गए छोटे से धक्के के समान है। इस पुश-बैक के कारण गेंद का सुचारू रूप से आगे बढ़ना थोड़ा कठिन हो जाता है।

घर्षण हमारे जीवन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। आप सोच रहे होंगे कि हमें घर्षण की आवश्यकता क्यों है। खैर, इस तरह से इसके बारे में सोचो। यदि घर्षण न हो तो आपकी गेंद अनियंत्रित रूप से फर्श पर फिसलेगी। आप इसे ठीक से इधर-उधर नहीं ले जा सकेंगे। घर्षण आपकी गेंद को ज़मीन पर टिके रहने और पूर्वानुमानित रूप से चलने में मदद करता है।

कल्पना कीजिए कि आप फिसलन भरी ज़मीन पर फुटबॉल खेल रहे हैं। उदाहरण के लिए, बरसात के दिन आपके पैर हर समय फिसलते रहेंगे। गेंद को किक करना कठिन होगा। गिरने की सम्भावना बहुत अधिक है। ऐसा इसलिए है क्योंकि आपके जूते और फिसलन भरी ज़मीन के बीच घर्षण बहुत कम होता है। लेकिन एक सामान्य फुटबॉल मैदान पर घास और आपके जूते पर्याप्त घर्षण पैदा करते हैं। यह आपको दौड़ने, किक मारने और आनंद लेने की अनुमति देता है!।

घर्षण अन्य स्थितियों में भी सहायक हो सकता है। जब आप चलते हैं तो आपके जूते और ज़मीन के बीच घर्षण आपको फिसलने से बचाता है। यह आपको संतुलित रहने और सुरक्षित रूप से घूमने में मदद करता है। विभिन्न सतहों पर घर्षण की मात्रा अलग-अलग होती है। जब आप अपनी खिलौना कार को लकड़ी के फर्श पर खींचते हैं, तो वह अधिक चिकनी लगती है और बेहतर ढंग से फिसलती है। कालीन पर चलते समय खिलौना कार इतनी आसानी से नहीं हिलेगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि कालीन का घर्षण लकड़ी के फर्श के घर्षण से अधिक होता है।

अब हम ड्रैग बल को समझेंगे। जब आप साइकिल चलाते हैं या दौड़ते हैं, तो आपको ऐसा महसूस होता है कि हवा आपको धकेल रही है। इसे ड्रैग फोर्स या वायु प्रतिरोध कहा जाता है। यह उस हवा की तरह है जो आपके अंदर चलते समय आपकी गति को धीमा कर देती है। जब आप अपनी बाइक बहुत तेजी से चलाते हैं, तो आप धीरे चलाने की तुलना में अधिक खिंचाव बल महसूस करते हैं।

एक कागज़ का विमान बनाओ और उसे अपने हाथ से फेंको। वह उड़कर दूर स्थित एक बिंदु पर पहुंच जाएगा। अब उसी तरह कागज का एक टुकड़ा फेंकने का प्रयास करें। कागज का टुकड़ा उतनी दूर तक नहीं पहुंच पाएगा, जितनी दूर तक कागज का विमान पहुंच पाया। लेकिन क्यों?। ऐसा हवा के खिंचाव बल के कारण होता है। कागज़ के विमान को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि यह हवा के खिंचाव बल को न्यूनतम कर दे। हम कह सकते हैं कि इसमें खिंचाव बल कम लगता है। कागज़ के समतल के इस आकार को धारा-रेखीय आकार भी कहा जाता है क्योंकि यह प्रतिरोध बल को कम करता है। इस बीच कागज के टुकड़े पर अधिक खिंचाव बल महसूस होता है।

हवाई जहाज़ों को भी सुव्यवस्थित आकार में डिज़ाइन किया जाता है। हवाई जहाज़ों की धारा-रेखीय आकृति के कारण वे हवा में आसानी से यात्रा कर सकते हैं। दूसरी ओर, यदि हम हवा में गर्म हवा के गुब्बारे पर सवार हैं, तो इसके आकार के कारण यह बहुत उच्च प्रतिरोध बल का अनुभव करेगा। ऐसा लगता है जैसे हवा उसे पीछे की ओर धकेल रही है।