गति मेकानिक्स मा एक प्रमुख विषय हो।
त्यहाँ विभिन्न नियमहरू छन् जसले गति र गतिमा परिवर्तनहरूको कारणहरू व्याख्या गर्दछ। गतिका यी नियमहरूमध्ये सबैभन्दा प्रसिद्ध सर आइज्याक न्यूटनले प्रस्ताव गरेका थिए। उनले प्राकृतिक दर्शनको गणितीय सिद्धान्तमा गतिका तीन नियमहरू (१६८७ मा प्रकाशित) कम्पाइल गरे।
हामीले न्युटनको गतिको नियमहरू छलफल गर्न सुरु गर्नु अघि, हामी केही आधारभूत सर्तहरू र अवधारणाहरू हेरौं जुन गति वर्णन गर्न प्रयोग गरिन्छ।
बल भनेको धक्का वा तान हो जसले वस्तुलाई सार्न वा यसको गति परिवर्तन गर्न कार्य गर्दछ।
वेगलाई गति पनि भनिन्छ। कुनै वस्तुको गति बलद्वारा प्रभावित हुन्छ।
प्रवेग एक निश्चित समय (एक सेकेन्ड) मा कुनै वस्तुको गति कति परिवर्तन हुन्छ भन्ने मापन हो।
मास कुनै चीजको मात्रा हो र यसलाई ग्राम वा किलोग्राममा मापन गरिन्छ।
मोमेन्टम भनेको शरीरमा रहेको गतिको कुल मात्रा हो।
न्युटनको गतिको पहिलो नियम
बाहिरी बल लागू नभएसम्म शरीर आफ्नो आरामको अवस्थामा वा सीधा रेखामा समान गतिमा रहन्छ। चाहे हामी पहाड माथि उठ्नको लागि बाइकको पेडलमा धकेलौं, पार्कमा हिंड्नको लागि जमिनमा धकेलौं, वा यसलाई खोल्नको लागि अड्किएको दराजमा तानौं, हामीले प्रयोग गरेको बलले चीजहरू सार्छ। न्यूटनको पहिलो नियमले हामीलाई बताउँछ कि जब शून्य शुद्ध बलले कार्य गर्दछ, वस्तुको वेग स्थिर रहनुपर्छ। यदि वस्तु स्थिर छ भने, यो स्थिर रहन्छ। यदि यो सुरुमा चलिरहेको छ भने, यो एक स्थिर गति मा एक सीधा रेखा मा सार्न जारी छ।
न्यूटनको पहिलो नियमले जडतालाई परिभाषित गर्दछ र यसलाई सही रूपमा जडताको नियम भनिन्छ। केचपको बोतलको तल्लो भागबाट केचप हटाउन, यसलाई प्रायः उल्टो पारिन्छ र उच्च गतिमा तलतिर धकेलिन्छ र त्यसपछि अचानक रोकिन्छ।
न्यूटनको गतिको पहिलो नियमका केही प्रयोगहरू निम्नानुसार छन्:
- चलिरहेको बसलाई सुरक्षित रूपमा समात्नको लागि, हामीले बसको गतिको दिशामा अगाडि बढ्नुपर्छ।
- जहिले पनि चलिरहेको बसबाट हामफाल्नुपर्ने हुन्छ, हामी अगाडिको दिशामा खस्नबाट जोगाउन सडकमा हाम फालेपछि जहिले पनि छोटो दूरीसम्म दौडनुपर्छ।
- घट्दो लिफ्टमा चढ्दा तुरुन्तै रोकिँदा टाउकोबाट खुट्टासम्म रगत बग्छ।
- ह्यामरको टाउकोलाई काठको ह्यान्डलमा ह्यान्डलको तल्लो भाग कडा सतहमा ठोकेर कस्न सकिन्छ।
- रियर-एंड टक्करको समयमा व्हिप्लास चोटहरू रोक्न कारहरूमा हेडरेस्टहरू राखिन्छन्।
- स्केटबोर्ड (वा गाडी वा साइकल) चढ्दा, तपाईं बोर्डबाट अगाडि उड्नुहुन्छ जब कर्ब वा चट्टान वा अर्को वस्तुलाई हिर्काउनुहुन्छ जसले स्केटबोर्डको गतिलाई अचानक रोक्छ।
न्यूटनको गतिको दोस्रो नियम
न्युटनको गतिको दोस्रो नियम अनुसार, गतिको परिवर्तनको दर लागू बलसँग प्रत्यक्ष समानुपातिक हुन्छ र यो परिवर्तन सधैं लागू बलको दिशामा हुन्छ। वस्तुमा कार्य गर्ने शुद्ध बल वस्तुको द्रव्यमान र यसको प्रवेगको गुणन बराबर हुन्छ।
शुद्ध बल = द्रव्यमान * त्वरण वा F = ma
वस्तुको भार जति धेरै हुन्छ त्यसलाई सार्नको लागि नेट बल प्रयोग गर्नुपर्छ।
न्यूटनको गतिको दोस्रो नियमका केही प्रयोगहरू निम्नानुसार छन्:
- यदि तपाईले ट्रकलाई धकेल्न र कारलाई धकेल्न उही बल प्रयोग गर्नुभयो भने, ट्रकको तुलनामा कारको गति बढी हुनेछ, किनभने ट्रकमा कम द्रव्यमान छ।
- खाली किनमेल कार्टलाई पूरै भन्दा बढि धकेल्न सजिलो हुन्छ किनभने पूरा किनमेल कार्टमा खाली भन्दा धेरै भार हुन्छ। यसको मतलब पूर्ण किनमेल कार्ट धकेल्न थप बल आवश्यक छ।
- एक क्रिकेट खेलाडीले बल समात्दै आफ्नो हात निचोड गर्दै। यदि कुनै खेलाडीले बल समात्दा आफ्नो हात तल नहटाए भने बल रोक्ने समय एकदमै कम हुन्छ। त्यसैले बलको गतिलाई शून्यमा घटाउन वा बलको गति परिवर्तन गर्न ठूलो बल प्रयोग गर्नुपर्छ। जब एक खेलाडीले आफ्नो हात कम गर्छ, बल रोक्नको लागि समय बढाइन्छ र यसैले, बलको गतिमा समान परिवर्तन ल्याउन कम बल लागू गर्नु पर्छ। त्यसैले खेलाडीको हातमा चोट लागेको छैन ।
- कराते खेलाडीले एउटै प्रहारले टाईल वा इट्टाको थुप्रो भाँच्छन्। जब एक कराते खेलाडीले आफ्नो हातले टाईलको थुप्रोलाई प्रहार गर्दछ, उसले सकेसम्म छिटो गर्छ, अर्को शब्दमा, टाईल्सको थुप्रोलाई प्रहार गर्न लाग्ने समय एकदम कम छ। जसरी कराते खेलाडीको हातको गति शून्यमा घट्छ जब उसको हातले धेरै थोरै अन्तरालमा टाइलको थुप्रोमा प्रहार गर्दछ, त्यसैले टाइलहरूको थुप्रोमा धेरै ठूलो बल प्रयोग गरिन्छ। यो बल टाइलहरूको थुप्रो तोड्न पर्याप्त छ।
न्यूटनको गतिको तेस्रो नियम
गतिको तेस्रो नियमले बताउँछ कि प्रत्येक कार्यको लागि समान र विपरीत प्रतिक्रिया हुन्छ जसले समान गति र विपरीत वेगसँग कार्य गर्दछ। कथन भनेको प्रत्येक अन्तरक्रियामा दुई अन्तरक्रिया गर्ने वस्तुहरूमा कार्य गर्ने बलहरूको जोडी हुन्छ। पहिलो वस्तुमा रहेको बलको आकार दोस्रो वस्तुमा रहेको बलको आकार बराबर हुन्छ। पहिलो वस्तुमा रहेको बलको दिशा दोस्रो वस्तुमा रहेको बलको दिशाको विपरीत हुन्छ। बलहरू सधैं जोडीहरूमा आउँछन् - बराबर र विपरीत कार्य-प्रतिक्रिया बल जोडी।
न्यूटनको गतिको तेस्रो नियमका केही प्रयोगहरू निम्नानुसार छन्:
- जब बेलुनबाट हावा बाहिर निस्कन्छ, उल्टो प्रतिक्रिया भनेको बेलुन माथि उड्छ।
- जब तपाइँ डाइभिङ बोर्डबाट डुब्नुहुन्छ, तपाइँ स्प्रिंगबोर्डमा तल धकेल्नुहुन्छ। बोर्ड पछाडि फर्कन्छ र तपाईंलाई हावामा जबरजस्ती गर्छ।
- माछा कसरी पानीमा पौडी खेल्छ भनेर सोच्नुहोस्। माछाले पानीलाई पछाडि धकेल्न आफ्नो पखेटा प्रयोग गर्छ। पानीले पनि माछालाई अगाडि धकेल्छ जसले गर्दा माछालाई पानीको माध्यमबाट अगाडि बढाउँछ। पानी मा बल को आकार माछा मा बल को आकार बराबर छ; पानी (पछाडि) मा बल को दिशा माछा मा बल को दिशा (अगाडि) को विपरीत छ। प्रत्येक कार्यको लागि, त्यहाँ बराबर (आकारमा) र विपरीत (दिशामा) प्रतिक्रिया बल हुन्छ। कार्य-प्रतिक्रिया बल जोडीले माछालाई पौडिन सम्भव बनाउँछ।
- चराहरूको उडान गतिलाई विचार गर्नुहोस्। चरा आफ्नो पखेटा प्रयोग गरेर उड्छ। चराको पखेटाले हावालाई तलतिर धकेल्छ। बलहरू आपसी अन्तरक्रियाबाट उत्पन्न हुने हुनाले, हावाले पनि चरालाई माथि धकेलिरहेको हुनुपर्छ। हावामा बलको आकार चरामा रहेको बलको आकार बराबर हुन्छ; हावामा बलको दिशा (तल तर्फ) पक्षी (माथि) मा बल को दिशा विपरीत छ। यी कार्य-प्रतिक्रिया बल जोडीहरूले चराहरूलाई उडान गर्न सम्भव बनाउँदछ।