यांत्रिकी (भौतिकी): द स्टडी ऑफ मोशन

विषय

• न्यूटन के नियम
• ताकतों
• रैखिक और घूर्णी गतिज
• संवेग और ऊर्जा
• निष्क्रियता के पल
• लहरें और सरल हार्मोनिक मोशन
• शास्त्रीय यांत्रिकी में गणित
• वन-डायमेंशनल मोशन बनाम मोशन टू डाइमेंशन्स

यांत्रिकी गति की वस्तुओं से निपटने वाली भौतिकी की शाखा है। यांत्रिकी को समझना किसी भी भविष्य के वैज्ञानिक, इंजीनियर या जिज्ञासु मानव के लिए महत्वपूर्ण है, जो यह जानना चाहता है कि टायर बदलते समय रिंच पकड़ना सबसे अच्छा तरीका है।

यांत्रिकी के अध्ययन में सामान्य विषयों में न्यूटन कानून, बल, रैखिक और घूर्णी गतिज, गति, ऊर्जा और तरंगें शामिल हैं।

न्यूटन के नियम

अन्य योगदानों के बीच, सर आइजैक न्यूटन ने गति के तीन कानून विकसित किए जो यांत्रिकी को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं।

न्यूटन ने गुरुत्वाकर्षण का सार्वभौमिक नियम भी तैयार किया, जो कि किसी भी दो वस्तुओं और अंतरिक्ष में पिंडों की कक्षाओं के बीच आकर्षण का वर्णन करने में मदद करता है।

न्यूटन लॉ ऐसे अच्छे काम का अनुमान लगाते हैं जो वस्तुओं की गति का अनुमान लगाते हैं जो लोग अक्सर अपने कानूनों और न्यूटनियन यांत्रिकी या शास्त्रीय यांत्रिकी के रूप में उन पर आधारित भविष्यवाणियों का उल्लेख करते हैं। हालांकि, ये गणना नहीं करते हैं यकीनन सभी परिस्थितियों में भौतिक दुनिया का वर्णन करें, जब एक वस्तु प्रकाश की गति के पास यात्रा कर रही है या अविश्वसनीय रूप से छोटे पैमाने पर काम कर रही है - विशेष सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी ऐसे क्षेत्र हैं जो भौतिकविदों को ब्रह्मांड में गति का अध्ययन करने की अनुमति देते हैं जो न्यूटन की जांच कर सकते हैं।

ताकतों

ताकतों कारण प्रस्ताव। एक बल अनिवार्य रूप से एक धक्का या एक पुल है।

विभिन्न प्रकार की ताकतों का सामना करना पड़ता है जो एक हाई स्कूल या परिचयात्मक कॉलेज के छात्र का सामना करने के लिए निश्चित हैं: गुरुत्वाकर्षण, घर्षण, तनाव, लोचदार, लागू और वसंत बल। भौतिक विज्ञानी इन बलों को विशेष आरेखों में वस्तुओं पर अभिनय करते हैं मुक्त शरीर आरेख या बल आरेख। इस तरह के आरेख एक वस्तु पर शुद्ध बल खोजने में महत्वपूर्ण हैं, जो बदले में यह निर्धारित करता है कि इसकी गति क्या होती है।

न्यूटन के नियम हमें बताते हैं कि एक शुद्ध बल उसके वेग को बदलने के लिए एक वस्तु का कारण होगा, जिसका अर्थ है कि इसकी गति में परिवर्तन हो सकता है या इसकी दिशा बदल जाती है। कोई शुद्ध बल का मतलब यह नहीं है कि वस्तु कैसे रहती है: एक स्थिर वेग से या आराम से चलती है।

ए कुल बल किसी वस्तु पर कार्य करने वाले कई बलों का योग होता है, जैसे दो टग-ऑफ-वॉर टीमें विपरीत दिशाओं में रस्सी पर खींचती हैं। जो टीम कठिन खींचती है वह जीत जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप अधिक बल ने अपना रास्ता निर्देशित किया; यही कारण है कि रस्सी और दूसरी टीम उस दिशा में तेजी लाती है।

रैखिक और घूर्णी गतिज

काइनेमेटिक्स भौतिकी की एक शाखा है जो गति को समीकरणों के एक सेट को लागू करके वर्णित करने की अनुमति देता है। गतिकी नहीं करता अंतर्निहित बलों का उल्लेख, गति का कारण, बिल्कुल। यही कारण है कि कीनेमेटीक्स को गणित की एक शाखा भी माना जाता है।

चार मुख्य गतिज समीकरण हैं, जिन्हें कभी-कभी गति के समीकरण भी कहा जाता है।

गतिज समीकरणों में व्यक्त की जा सकने वाली मात्राएँ वर्णन करती हैं रेखीय गति (एक सीधी रेखा में गति), लेकिन इनमें से प्रत्येक के लिए भी व्यक्त किया जा सकता है घूर्णी गति (जिसे सर्कुलर मोशन भी कहा जाता है) अनुरूप मूल्यों का उपयोग करते हुए। उदाहरण के लिए, एक गेंद को फर्श पर लुढ़कते हुए, एक अ रेखीय वेग v, साथ ही ए कोणीय वेग ω, जो कताई की अपनी दर का वर्णन करता है। और जबकि ए कुल बल रैखिक गति में परिवर्तन का कारण बनता है, ए शुद्ध टोक़ वस्तुओं के घूमने में परिवर्तन का कारण बनता है।

संवेग और ऊर्जा

भौतिकी के यांत्रिकी शाखा में आने वाले दो अन्य विषय गति और ऊर्जा हैं।

ये दोनों मात्राएँ हैं संरक्षित, जिसका अर्थ है, एक बंद प्रणाली में, कुल गति या ऊर्जा नहीं बदल सकती है। हम इस प्रकार के कानूनों को संरक्षण कानून कहते हैं। एक अन्य सामान्य संरक्षण कानून, जिसे आमतौर पर रसायन विज्ञान में अध्ययन किया जाता है, द्रव्यमान का संरक्षण है।

ऊर्जा के संरक्षण और संवेग के संरक्षण के नियम भौतिकविदों को वेग, विस्थापन और विभिन्न वस्तुओं की गति के अन्य पहलुओं की भविष्यवाणी करने की अनुमति देते हैं, जो एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं, जैसे कि स्केटबोर्ड एक रैंप या बिलियर्ड गेंदों को टकराते हुए।

निष्क्रियता के पल

जड़ता का क्षण विभिन्न वस्तुओं के लिए घूर्णी गति को समझने में एक महत्वपूर्ण अवधारणा है। यह किसी वस्तु के घूमने के द्रव्यमान, त्रिज्या और अक्ष के आधार पर एक मात्रा है जो बताता है कि अपने कोणीय वेग को बदलना कितना मुश्किल है - दूसरे शब्दों में, अपनी कताई को गति देना या धीमा करना कितना कठिन है.

फिर से, चूंकि घूर्णी गति है अनुरूप रेखीय गति के लिए, जड़ता का क्षण जड़ता की रैखिक अवधारणा के अनुरूप है, जैसा कि न्यूटन द्वारा पहले कानून द्वारा कहा गया है। अधिक द्रव्यमान और एक बड़ा त्रिज्या एक वस्तु को जड़ता का एक उच्च क्षण देता है, और इसके विपरीत। एक दालान के नीचे एक अतिरिक्त-बड़ी तोप को रोल करना एक वॉलीबॉल को रोल करने की तुलना में कठिन है!

लहरें और सरल हार्मोनिक मोशन

लहरें भौतिकी में एक विशेष विषय हैं। एक यांत्रिक तरंग एक अशांति को संदर्भित करता है पदार्थ के माध्यम से ऊर्जा स्थानांतरित करता है - जल तरंग या ध्वनि तरंग दोनों उदाहरण हैं।

सरल हार्मोनिक गति एक अन्य प्रकार की आवधिक गति है जिसमें एक कण या वस्तु एक निश्चित बिंदु के आसपास दोलन करती है। उदाहरणों में एक छोटा सा कोण पेंडुलम जिसमें आगे और पीछे एक झूलते हुए झूले या नीचे उछलते हुए झुके हुए होते हैं, जैसा कि वर्णित है हुक का नियम.

विशिष्ट मात्रा में भौतिक विज्ञानी तरंगों का अध्ययन करने के लिए उपयोग करते हैं और आवधिक गति अवधि, आवृत्ति, तरंग गति और तरंग दैर्ध्य हैं।

विद्युत चुम्बकीय तरंगें, या प्रकाश, एक अन्य प्रकार की तरंग हैं जो खाली स्थान से गुजर सकती हैं क्योंकि ऊर्जा पदार्थ से नहीं, बल्कि दोलन क्षेत्रों द्वारा होती है। (कंपन के लिए एक और शब्द है कंपन।) जबकि प्रकाश एक तरंग की तरह कार्य करता है और इसके गुणों को शास्त्रीय तरंग के समान मात्राओं के साथ मापा जा सकता है, यह एक कण के रूप में भी कार्य करता है, जिसे वर्णन करने के लिए कुछ क्वांटम भौतिकी की आवश्यकता होती है। इस प्रकार, प्रकाश doesn't पूरी तरह से शास्त्रीय यांत्रिकी के अध्ययन में फिट।

शास्त्रीय यांत्रिकी में गणित

भौतिकी एक बहुत ही गणितीय विज्ञान है। यांत्रिकी समस्याओं का समाधान करने के लिए निम्न ज्ञान की आवश्यकता होती है:

वन-डायमेंशनल मोशन बनाम मोशन टू डाइमेंशन्स

एक हाई स्कूल या परिचयात्मक कॉलेज भौतिकी पाठ्यक्रम के दायरे में आमतौर पर यांत्रिकी स्थितियों का विश्लेषण करने में कठिनाई के दो स्तर शामिल होते हैं: एक-आयामी गति (आसान) और दो-आयामी गति (कठिन) को देखते हुए।

एक आयाम में गति का मतलब है कि वस्तु एक सीधी रेखा के साथ घूम रही है। इस प्रकार की भौतिकी समस्याओं को बीजगणित का उपयोग करके हल किया जा सकता है।

मोशन को दो-आयामों में वर्णित किया गया है जब एक ऑब्जेक्ट गति में एक ऊर्ध्वाधर और एक क्षैतिज घटक होता है। यानी वह अंदर बढ़ रहा है एक बार में दो दिशाएँ. इस प्रकार की समस्याएं बहु-चरण हो सकती हैं और हल करने के लिए त्रिकोणमिति की आवश्यकता हो सकती है।

प्रक्षेप्य गति द्वि-आयामी गति का एक सामान्य उदाहरण है। प्रक्षेप्य गति किसी भी प्रकार की गति है जहाँ वस्तु पर क्रिया करने वाला एकमात्र बल गुरुत्वाकर्षण है। उदाहरण के लिए: एक गेंद हवा में फेंकी जा रही है, एक गाड़ी जो एक चट्टान या तीर को निशाना बनाते हुए चलती है। इनमें से प्रत्येक मामले में, हवा के माध्यम से वस्तुएं एक चाप के आकार का पता लगाती हैं, दोनों क्षैतिज और लंबवत (या तो ऊपर और फिर नीचे, या बस नीचे) चलती हैं।