Category: फ़िजिक्स

What is Power

परिभाषा

किसी कर्ता द्वारा प्रति इकाई समय में किए कार्य को उस कर्ता की ‘शक्ति’ कहते हैं अर्थात् शक्ति कार्य करने की समय दर है। मात्रक: सामर्थ्य (शक्ति) का SI मात्रक वाट (W) है, जिसे वैज्ञानिक जेम्सवाट (भाप इंजन के सिद्धान्त का आविष्कारक) के सम्मान में रखा गया है।

शक्ति ऊर्जा की मात्रा है जो प्रति यूनिट समय पर हस्तांतरित या परिवर्तित होती है।

Power = Work / time or P = W / t

शक्ति की एक इकाई समय की एक इकाई द्वारा विभाजित कार्य की इकाई के बराबर है। इस प्रकार, एक वाट जूल / सेकंड के बराबर है। ऐतिहासिक कारणों से, कभी-कभी मशीन द्वारा वितरित की गई शक्ति का वर्णन करने के लिए अश्वशक्ति (Horse Power) का उपयोग किया जाता है। एक अश्वशक्ति लगभग 750 वॉट के बराबर है।

फार्मूला

अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली इकाइयों में, शक्ति की इकाई वाट है, जो कि एक जूल प्रति सेकंड के बराबर होती है ।

 P = E/t

1 सेकण्ड 1 किलोवाट (kw) = 1000 वाट, 1 मेगावाट (1 MW) = 106 वाट = दस लाख वाट मशीनों की सामर्थ्य को अश्व सामर्थ्य (horse power-h.p) में भी व्यक्त किया जाता है: 1 अश्व सामर्थ्य (h.p.) = 746 वाट (लगभग)

वाट सेकण्ड (Ws):

1 वाट सेकण्ड शिक्षा = 1 वाट x 1 सेकण्ड = 1 जूल

वाट घण्टा (Wh): यह कार्य अथवा ऊर्जा का मात्रक है। 1 वाट घण्टा (Wh)= 3600 जूल

किलोवाट घण्टा (KWh): यह भी ऊर्जा (कार्य) का मात्रक है। 1 किलोवाट घण्टा (kWh) = 1000 वाट घण्टा

= 1000 वाट x 1 घण्टा = 1000 वाट x 3600 सेकण्ड = 3.6 x 106 वाट सेकण्ड

= 3.6 x 106 जूली

What is Work?

परिभाषा

भौतिकी में किसी वस्तु (पिण्ड) पर कार्य किया गया तब कहा जाता है, जब निम्नलिखित दो शर्ते पूरी होती है:

1. किसी बल को किसी वस्तु पर लगना चाहिए, और

2. बल के अनुपयुक्त बिन्दु को बल लगने के कारण चलना चाहिए।

हम काम को एक गतिविधि के रूप में और बल की दिशा में बल को शामिल करते हुए परिभाषित कर सकते हैं।

यदि बल लगाने पर बल की दिशा में विस्थापन ((displacement)) शून्य हो तो कहा जाता है, कि कोई कार्य नहीं किया गया। किसी वस्तु पर जितना अधिक वस्तु की स्थिति में विस्थापन होता है कार्य उतना ही अधिक होता है अर्थात् ‘जब बल लगाकर वस्तु को बल की दिशा में विस्थापित कर दिया जाता है, तो हम कहते हैं कि बल द्वारा किया गया है।

कार्य (work) = बल (force) x बल की दिशा में वस्तु का विस्थापन (displacement)

कार्य एक अदिश राशि है, इसका मात्रक न्यूटन मीटर होता है। जिसे ‘जूल’ भी कहते हैं। [ विस्थापन एक सदिश राशि है l]

उदाहरण

उदाहरण के लिए, बल के एक ही दिशा में एक वस्तु को 3 मीटर की दूरी पर धकेलने वाले 30 न्यूटन (N) का बल 90 जूल (J) कार्य करेगा।

धक्का देना, खींचना, उठाना, मोड़ना और घुमा देना ये सभी कार्य (work) के उदाहरण हैं l

What is Centre of Gravity ?

परिभाषा

गुरुत्व केन्द्र वह बिन्दु है, जहां वस्तु का समस्त भार कार्य करता है, किसी पिण्ड का गुरुत्व केन्द्र तब तक स्थिर रहता है जब तक उसका आकार नहीं बदलता। किसी वस्तु का भार गुरुत्व केन्द्र से ठीक नीचे की ओर कार्य करता है।

गुरुत्व-केन्द्र की स्थिति (Position of Centre of Gravity)

पिण्ड का गुरुत्व-केन्द्र तब तक स्थिर रहता है जब तक उसका आकार नहीं बदलता। सुडौल पिण्डों का गुरुत्व-केन्द्र उनके आकार से ज्ञात किया जाता सकता है।

सन्तुलन के प्रकार (Kinds of Equilibria)

सन्तुलन तीन प्रकार का होता है स्थायी, अस्थायी तथा उदासीन ।

1. स्थायी सन्तुलन (Stable Equilibrium): यदि किसी वस्तु को उसकी सन्तुलन स्थिति से थोड़ा-सा विस्थापित करने पर उसका गुरुत्व केन्द्र G कुछ ऊपर उठता है, तथा छोड़ देने पर वस्तु पुनः अपनी पहली स्थिति में आ जाती है तो उसका सन्तुलन ‘स्थायी’ कहलाता है।

2. अस्थायी सन्तुलन (Unstable Equilibrium): यदि वस्तु को सन्तुलन को स्थिति से थोड़ा-सा विस्थापित करने पर उसका गुरुत्व-केन्द्र G कुछ नीचे आ जाता है तथा छोड़ देने पर वस्तु अपनी पहली स्थिति में नहीं आती बल्कि उस स्थिति से और हट जाती है अर्थात् गिर पड़ती है, तो उसका सन्तुलन ‘अस्थायी’ कहलाता है।

3. उदासीन सन्तुलन (Neutral Equilibrium): यदि वस्तु को सन्तुलन की स्थिति से थोड़ा-सा विस्थापित करने पर उसका गुरुत्व-केन्द्र G उसी ऊंचाई पर बना रहता है तथा छोड़ देने पर वस्तु अपनी नई स्थिति में ही सन्तुलित हो जाती है, तो उसका सन्तुलन ‘उदासीन’ कहलाता है।

स्थायी सन्तुलन की शर्ते

किसी वस्तु के स्थायी सन्तुलन के लिए दो शर्तों का पूरा होना आवश्यक है:

1. वस्तु का गुरुत्व-केन्द्र अधिक-से-अधिक नीचा होना चाहिए: नुकीली पेन्सिल अपनी नोंक पर सन्तुलित नहीं होती, परन्तु यदि पेन्सिल की साइड के निचले भाग में दोनों तरफ चाकू धंसा दें तो वह सुगमता से सन्तुलित हो जाती है। कारण स्पष्ट है, चाकू धंसाने पर पेन्सिल का (चाकू सहित) निचला भाग भारी हो जाता है जिससे उसका गुरुत्व-केन्द्र नीचा हो जाता है। अतः सन्तुलन का स्थायित्व बढ़ जाता है।

2. गुरुत्व-केन्द्र से होकर जाने वाली ऊर्ध्वाधर रेखा वस्तु के आधार से गुजरनी चाहिए: वस्तु का सन्तुलन तभी तक सम्भव है जब तक कि उसके गुरुत्व-केन्द्र में होकर खींची गई ऊर्ध्वाधर रेखा वस्तु के आधार में होकर गुजरती है। अत: वस्तु का आधार जितना अधिक फैला हुआ होगा, वस्तु का सन्तुलन उतना ही अधिक स्थायी होगा।

उदाहरण:

पीसा की ऐतिहासिक मीनार तिरछी होते हुए भी नहीं गिरती क्योंकि उसके गुरुत्व-केन्द्र से गुजरने वाली ऊर्ध्वाधर रेखा उसके आधार से होकर जाती है।

जहाजों की तली (Bottom) में भारी पदार्थ भरा जाता है, इससे पूरे जहाज का गुरुत्व-केन्द्र नीचा हो जाता है और उसका सन्तुलन अधिक स्थायी हो जाता है।

टेबिल लैम्प, बर्नर, फ्लास्क, बोतल, इत्यादि के आधार भी इसी कारण चौड़े व भारी बनाए जाते हैं।

पहाड़ पर चढ़ते समय अथवा अपनी पीठ पर भारी बोझ लेकर चलने वाला मनुष्य आगे की ओर झुक जाता है, जिससे कि उसका आधार बढ़ जाता है और उसके गुरुत्व-केन्द्र से जाने वाली ऊर्ध्वाधर रेखा उसके पैरों के पास आधार से होकर जाती है और वह अपने सन्तुलन को बनाए रखता है।

दो मंजिल वाली बसों (Double) में नीचे वाली मंजिल में अधिक यात्री बिठाए जाते हैं तथा ऊपर वाली में कम, ताकि यात्रियों सहित बस का गुरुत्व-केन्द्र नीचा ही रहे तथा ऊंची-नीची सड़क आने पर बस के उलटने का भय न रहे।

What is Moment of Force ?

परिभाषा

जब किसी पिण्ड पर लगा बाह्य बल उसे किसी अक्ष के परितः घुमाने का प्रयास करता है, तो बल की इस प्रवृत्ति को बल आघूर्ण कहते हैं।

घूर्णन गति

यदि हम किसी पिण्ड को एक बिन्दु पर स्थिर करके उसके किसी अन्य बिन्दु पर एक बल लगाएं (जिसकी क्रिया-रेखा पर स्थिर बिन्दु न हो) तो वह पिण्ड स्थिर बिन्दु के परितः घूमने लगता है। इस गति को ‘घूर्णन गति’ कहते हैं।

बल द्वारा एक पिण्ड को एक अक्ष के परितः घुमाने की प्रवृत्ति को ‘बल-आघूर्ण’ कहते हैं। यह प्रवृत्ति न केवल बल के परिमाण पर निर्भर करती है अपितु अक्ष से बल की क्रिया-रेखा के बीच की लम्बवत् दूरी पर भी निर्भर करती है। अत: किसी अक्ष (या बिन्दु) के परित: एक बल का बल-आघूर्ण उस बल के परिमाण तथा अक्ष (या बिन्दु) से बल की क्रिया-रेखा के बीच की लम्बवत् दूरी के गुणनफल के बराबर होता है।

यदि किसी बल को अक्ष से अधिक दूरी पर लगाया जाए तो उसका बल-आघूर्ण अधिक होगा। उदाहरण :

नट और बोल्ट को कसने (Screwing) या खोलने (Unscrewing) के लिए प्रयुक्त किए जाने वाला पाना या स्पैनर (Spanner) इसी सिदान्त पर कार्य करते है l

जब दरवाजे को खोलने के लिए हम बल को कब्जे (Hinge) के बहुत पास लगाते हैं तो हम उसे नहीं खोल पाते हैं, परन्तु कब्जे से दूर थोड़ा बल लगाने पर ही दरवाजा खुल जाता है।

आटा पीसने की हाथ की चक्की में हत्था किनारे पर लगाते हैं जिससे आघूर्ण भुजा बढ़ जाती है और कम बल लगाना पड़ता है।

कुम्हार के चाक में भी घुमाने का डण्डा लगाने के लिए गड्ढा केन्द्र से दूर परिधि के निकट बनाया जाता है जिससे आघूर्ण ऊर्जा बढ़ जाए।

बल आघूर्ण के सिदान्त पर आधारित मशीनें

उत्तोलक (Lever), घिरनी या गरारी (Pulley). आनत तल (Inclined plane), स्क्रू जैक, आदि कुछ सरल मशीनों के उदाहरण हैं। सरल मशीन एक ऐसी युक्ति (Device) होती है जिसमें किसी सुविधाजनक बिन्दु पर एक बल लगाकर, किसी अन्य बिन्दु पर रखे हुए एक भार को उठाया जा सकता है।

याद रखिये l

मशीन द्वारा यद्यपि कम बल लगाकर अधिक भार उठाया जा सकता है, परन्तु निवेशित ऊर्जा (Input energy) सदैव निर्गत (Output) ऊर्जा से अधिक होती है, क्योंकि ऊर्जा का कुछ अंश घर्षण बलों के विरुद्ध कार्य करने में खर्च हो जाता है। अतः मशीन द्वारा किया गया लाभदायक कार्य दी गई ऊर्जा से कम होता है। अत: मशीन की दक्षता (Efficiency) 100% से कम होती है।

What is Centrifugal Force ?

परिभाषा

अपकेन्द्री बल : जब कोई पिण्ड किसी वृत्तीय मार्ग पर चलता है, तो उस पर मार्ग के केन्द्र की ओर एक बल लगता है जिसे ‘अपकेन्द्री बल’ कहते हैं।

उदाहरण:

1. यदि कोई व्यक्ति कार में बैठा है और कार अचानक दाईं ओर घूम जाए, तो व्यक्ति को बाई ओर एक झटका लगता है। इससे व्यक्ति अपने बाईं ओर एक बल लगा हुआ अनुभव करता है, जबकि वास्तव में ऐसा नहीं है। बल्कि होता यह है, कि कार तथा व्यक्ति को दाईं ओर घूमने के लिए आवश्यक अभिकेन्द्री बल चाहिए, कार को तो यह बल सड़क व पहियों के बीच घर्षण से प्राप्त हो जाता है, जबकि व्यक्ति को यह प्राप्त नहीं हो पाता। इसलिए व्यक्ति जड़त्व के कारण अपनी पूर्ववत् सीधी दिशा में गति करने की प्रवृति रखता है और इसीलिए कार के मुड़ते ही वह विपरीत दिशा में झटका खाकर ऐसा अनुभव करता है जैसे कि उस पर कोई बल कार्य कर रहा हो, यही अपकेन्द्री बल है।

2. घूमते झूले पर खड़ा व्यक्ति यदि झूले की रस्सियों को न पकड़े तो वह बाहर की ओर गिर पड़ता है। इससे यह आभास होता है, कि उस पर बाहर की ओर कोई बल (अपकेन्द्री बल) कार्य करता है जबकि वास्तव में उपर्युक्त व्याख्या की भांति उस पर कोई बल कार्य नहीं करता।

३. पृथ्वी पर खड़े व्यक्ति को सूर्य घूमता हुआ प्रतीत होता है, जबकि सूर्य अपनी जगह स्थिर है तथा पृथ्वी सूर्य के चारों ओर घूम रही है। पृथ्वी के घूमने के कारण सूर्य त्वरित प्रतीत होता है अर्थात् सूर्य पर एक बल का अनुभव होता है, यह अपकेन्द्री बल है।

अपकेन्द्री बल के सिद्धान्त पर आधारित यन्त्र

अपकेन्द्रित (Centrifuge)

यह एक ऐसा यन्त्र है जिसकी सहायता से हल्के व भारी कणों को पृथक् किया जाता है। इस प्रकार के यन्त्र के उदाहरण अपकेन्द्रित शोषक (Centrifuge drier), क्रीम निकालने की मशीन (Cream separator), अपकेन्द्र पम्प (Centrifugal pump), आदि हैं।

क्रीम निकालने की मशीन (Cream Separator) में जब दूध भरकर मशीन को तेजी से घुमाया जाता है, तो क्रीम के कण घूर्णन अक्ष के निकट एकत्रित हो जाते हैं, जबकि दूध के कण बाहर की ओर चले जाते हैं। अत: बर्तन के केन्द्रीय भाग में लगे निकास द्वार से क्रीम तथा बाहरी भाग से दूध निकाल कर अलग कर लिए जाते हैं। दही में से मक्खन भी इसी सिद्धान्त के अनुसार निकलता है।

अपकेन्द्रित शोषक (Centrifuge Drier) में जब गीले कपड़ों को घुमाया जाता है, तो पानी के कण बाहर की ओर चले जाते हैं क्योंकि पानी के कण कपड़ों से भारी हैं अर्थात् पानी का घनत्व कपड़ों से अधिक होता है। इस प्रकार कपड़े सूख जाते हैं।