जब हम किसी वस्तु को धक्का देते हैं, खींचते हैं, लात मारते हैं, उठाते हैं, फेंकते हैं, झिलमिलाते हैं, मारते हैं, दबाते हैं, दबाते हैं, फुलाते हैं, खोलते हैं और बंद करते हैं तो हम कहते हैं कि वस्तु पर बल लगाया जाता है। ये क्रियाएं और कुछ नहीं बल्कि बल प्रयोग हैं। बल लगाने का तरीका जो भी हो, वह केवल दो प्रकार का होता है -
एक बाहरी एजेंट जो किसी पिंड में गति उत्पन्न करता है या किसी पिंड में गति की मौजूदा स्थिति को बदल देता है, बल कहलाता है।
पुश के उदाहरण
- हम दरवाजे को बंद करने या खोलने के लिए धक्का देते हैं
- हम एक ट्रॉली को एक स्टोर में धकेलते हैं
- हम एक बॉक्स को पूरे कमरे में धकेलते हैं
पुल के उदाहरण
- हम पानी की एक बाल्टी उठाते हैं
- हम इसे खोलने के लिए रेफ्रिजरेटर का दरवाजा खींचते हैं
- हम बैठने के लिए एक कुर्सी खींचते हैं
हम चलने, किसी वस्तु को उठाने, कुछ फेंकने, किसी वस्तु को उसके स्थान से खिसकाने आदि के लिए बल का प्रयोग करते हैं। संक्षेप में, हमारे द्वारा की जाने वाली प्रत्येक गतिविधि में बल होता है। बल लगाने से हम आमतौर पर किसी भी चीज को गति में या आराम की स्थिति में लाते हैं लेकिन हमेशा नहीं। उदाहरण के लिए, यदि हम किसी दीवार पर बल लगाते हैं तो वह हिलती नहीं है।
शरीर पर जिस बिंदु पर बल कार्य करता है उसे बल के आवेदन का बिंदु कहा जाता है।
बल की दिशा में बल के आवेदन के बिंदु के माध्यम से खींची गई रेखा को बल की क्रिया रेखा कहा जाता है।
बल का प्रभाव
बल का उन वस्तुओं पर बहुत प्रभाव पड़ता है जिन पर इसे लगाया जाता है। बल को उस वस्तु पर उत्पन्न होने वाले विभिन्न प्रभावों से आंका जा सकता है जिस पर इसे लागू किया जाता है।
- बल गति का कारण बनता है - बल एक स्थिर वस्तु को गति में ला सकता है बशर्ते गति को रोकने वाला कोई अन्य बल न हो। इसका अर्थ यह हुआ कि जब किसी गतिहीन वस्तु पर पर्याप्त मात्रा में बल लगाया जाता है तो वस्तु बल की दिशा में गति करने लगती है। किसी वस्तु की स्थिति में परिवर्तन को गति कहते हैं। उदाहरण के लिए, जब हम किसी खिलौना कार को धक्का देते हैं, तो वह चलती है, या फर्श पर पड़ा एक बॉक्स उसे धक्का देकर यानि उस पर बल लगाकर हिलाया जा सकता है। इसलिए, जब बल लगाया जाता है, एक स्थिर वस्तु गति में आती है या बल किसी स्थिर वस्तु की स्थिति को बदल देता है।
- बल गति को बदलता है - गतिमान पिंड की गति को उस पर बल लगाकर बदला जा सकता है - त्वरक पर बल लगाकर चलती कार की गति को बढ़ाया जा सकता है और ब्रेक लगाने से गति को या तो कम किया जा सकता है या अंततः रोक भी सकता है चलती कार। जब हम गति की दिशा में बल लगाते हैं, तो गति बढ़ जाती है। जब हम गति की विपरीत दिशा में बल लगाते हैं, तो गति कम हो जाती है।
- बल रोक गति - इसका अर्थ है कि जब हम गति की विपरीत दिशा में बल लगाते हैं, तो यह गतिमान वस्तु को विराम की स्थिति में रख सकती है। उदाहरण के लिए, गति में एक कार को ब्रेक लगाकर रोका जा सकता है। जब हम अपनी ओर फेंकी गई गेंद को उस बल से अधिक बल से पकड़ने का प्रयास करते हैं जिससे वह आ रही है, तो वह रुक जाती है।
- बल दिशा बदलता है - जब किसी गतिमान वस्तु पर एक कोण पर बल लगाया जाता है, तो यह गतिमान वस्तु की दिशा बदल देती है। उदाहरण के लिए, टेनिस के एक खेल में, जब कोई खिलाड़ी गेंद को विपरीत दिशा के खिलाड़ी को वापस हिट करता है, तो गेंद पर लगाया गया बल उसकी दिशा बदल देता है। एक चलती कार अपनी दिशा बदल लेती है जब उसके स्टीयरिंग व्हील पर बल लगाया जाता है ताकि वह मुड़ जाए। फ़ुटबॉल के एक खेल में, खिलाड़ी गेंद को अपने पैर से एक कोण पर मारकर फ़ुटबॉल के चलने की दिशा बदलते हैं।
- बल आकार बदलता है - जब किसी वस्तु पर बल लगाया जाता है तो उसका आकार और आकार बदल जाता है। उदाहरण के लिए, जब एक फुलाया हुआ गुब्बारा दबाया जाता है, तो लगाया गया बल अपना आकार बदल लेता है। जब चट्टान के एक ठोस खंड पर हथौड़े से प्रहार किया जाता है, तो हथौड़े द्वारा लगाया गया बल मूर्ति बनाने के लिए अपना आकार बदल लेता है। जब हम प्लास्टिक की पानी की बोतल को निचोड़ते हैं, तो लगाया गया बल उसका आकार और आकार बदल देता है।
बल के लक्षण
- बल कम से कम दो वस्तुओं के परस्पर क्रिया के कारण होता है
- यह किसी वस्तु की गति की स्थिति को बदल सकता है
- यह किसी वस्तु का आकार बदल सकता है
- किसी वस्तु पर एक ही दिशा में लगने वाले बल एक दूसरे से जुड़ते हैं और परिणामी दिशा समान होती है
- जब किसी वस्तु पर विपरीत दिशा में बल लगाया जाता है तो उनका परिणामी या शुद्ध बल इन विरोधी बलों के बीच का अंतर होता है और इसकी परिणामी दिशा वही होती है जो बड़े बल की होती है।
- यदि किसी वस्तु पर कार्य करने वाले दो बल परिमाण में समान लेकिन दिशा में विपरीत हों, तो वस्तु पर कार्य करने वाला शुद्ध बल शून्य होता है।
- यह एक सदिश राशि है इसलिए इसका परिमाण और दिशा देकर इसे निर्दिष्ट किया जाना चाहिए।
- यदि परिमाण या दिशा या दोनों बदल जाते हैं, तो बल का प्रभाव भी बदल जाता है।
बलों के प्रकार:
- संतुलित बनाम असंतुलित बल
- किसी वस्तु पर कार्य करने वाले बल संतुलित या असंतुलित हो सकते हैं।
- संतुलित बल
संतुलित बल वे हैं जहां लागू बलों का परिणाम शून्य के बराबर होता है। वे उस वस्तु की स्थिति में कोई परिवर्तन नहीं करते हैं जिस पर यह लगाया जाता है अर्थात जिस वस्तु पर बल लगाया जाता है वह अवस्था गति से विराम में नहीं बदलती है या इसके विपरीत, हालांकि, संतुलित बल एक के आकार और आकार को बदल सकते हैं वस्तु। संतुलित बल परिमाण में समान परन्तु दिशाओं में विपरीत होते हैं। संतुलित बलों को संतुलन की स्थिति में माना जाता है।
उदाहरण के लिए, हाथ कुश्ती में जहां कोई विजेता नहीं होता है, प्रत्येक व्यक्ति द्वारा लगाया गया बल समान होता है, लेकिन वे विपरीत दिशा में जोर दे रहे होते हैं। परिणामी बल (शुद्ध बल) शून्य है। या, रस्साकशी में, यदि रस्सी में कोई हलचल नहीं है, तो दोनों टीमें समान लेकिन विपरीत बलों का प्रयोग कर रही हैं जो संतुलित हैं। फिर से, परिणामी बल (शुद्ध बल) शून्य है।
जब बल संतुलित होते हैं तो दिशा में कोई परिवर्तन नहीं होता है।
- संतुलित बल हमेशा शून्य के बराबर होते हैं।
- संतुलित बल किसी वस्तु की गति या दिशा को नहीं बदल सकते।
- संतुलित बल किसी वस्तु को नियत वेग से गतिमान रखता है
मेज पर रखी किताब संतुलित बल का उदाहरण है। पुस्तक के भार के बल को तालिका के सामान्य बल (समर्थन बल) द्वारा प्रतिकार किया जाता है। दोनों बल पूरी तरह बराबर और विपरीत हैं।
एक संतुलित बल का एक उदाहरण जो एक वस्तु को एक स्थिर वेग से गतिमान रखता है, एक कार पर क्रूज नियंत्रण है जो आगे के बल के साथ घर्षण की ताकतों को बराबर करने का प्रयास करता है। एक बार स्थिर वेग प्राप्त हो जाने पर बलों के दो समुच्चय पूर्णतः बराबर और विपरीत हो जाते हैं।
असंतुलित बल
संतुलित बलों के विपरीत, असंतुलित बल वे होते हैं जहां परिणामी लागू बल शून्य से अधिक होता है। वस्तु पर कार्य करने वाले बल समान नहीं होते हैं और वे हमेशा किसी वस्तु की गति को उस गति और/या दिशा को बदलने का कारण बनते हैं जिसमें वह गति कर रही है।
जब दो असंतुलित बलों को विपरीत दिशाओं में लगाया जाता है, तो उनका संयुक्त बल दोनों बलों के बीच के अंतर के बराबर होता है। नेट बल का परिमाण और दिशा परिणामी गति को प्रभावित करती है। यह संयुक्त बल बड़े बल की दिशा में लगाया जाता है। उदाहरण के लिए, यदि रस्साकशी में, एक टीम दूसरे की तुलना में अधिक जोर से खींचती है, तो परिणामी कार्रवाई (शुद्ध बल) यह होगी कि रस्सी बल की दिशा में अपनी गति को अधिक ताकत/परिमाण के साथ बदल देगी।
जब असंतुलित बलों को एक ही दिशा में लगाया जाता है, तो परिणामी बल (शुद्ध बल) बलों के लागू होने की दिशा में बलों का योग होगा। उदाहरण के लिए, यदि दो व्यक्ति एक ही समय में एक ही दिशा में किसी वस्तु को खींचते हैं, तो वस्तु पर लगाया गया बल उनके संयुक्त बलों का परिणाम होगा।
जब बल एक ही दिशा में कार्य करते हैं, तो उनके बल जुड़ जाते हैं। जब बल विपरीत दिशाओं में कार्य करते हैं, तो उनके बल एक दूसरे से घटाए जाते हैं।
असंतुलित बल भी गति को बदलने के लिए एक गतिहीन वस्तु का कारण बनते हैं
यदि वस्तु पर कोई शुद्ध बल कार्य नहीं कर रहा है, तो गति नहीं बदलती है। यदि किसी वस्तु पर नेट बल कार्य कर रहा है, तो वस्तु की गति शुद्ध बल की दिशा में बदल जाएगी।
संपर्क बनाम गैर-संपर्क बल
बल और वस्तु के बीच परस्पर क्रिया के आधार पर, बलों को संपर्क और गैर-संपर्क बलों के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।
संपर्क बल (Contact Forces) : वह बल जो किसी वस्तु के संपर्क में आने पर ही लगाया जा सकता है, संपर्क बल कहलाता है। सभी यांत्रिक बल संपर्क बल हैं जैसे पेशीय बल और घर्षण बल।
संपर्क बलों के प्रकार:
- अनुप्रयुक्त बल - पेशियों की क्रिया के कारण लगने वाला बल अनुप्रयुक्त बल कहलाता है। इसे पेशीय बल भी कहते हैं। हम अपने जीवन के बुनियादी दिन-प्रतिदिन के काम जैसे सांस लेने, पाचन, बाल्टी उठाने, किसी वस्तु को खींचने या धक्का देने के दौरान पेशीय बल लगाते हैं।
- सामान्य बल - यह सतहों के बीच संपर्क संपर्क बल है। यह हमेशा सतहों और सतह के बाहर लंबवत कार्य करता है।
- घर्षण बल - जब दो वस्तुएँ एक दूसरे के ऊपर सरकती हैं तो वे एक दूसरे के खिलाफ रगड़ती हैं और धक्का देती हैं। इस धक्का देने वाले बल को घर्षण बल कहते हैं। उदाहरण के लिए, माचिस की तीली जलाना या चलती गेंद को रोकना घर्षण बल के अंतर्गत आता है।
- तनाव बल - एक लागू बल जहां एक स्ट्रिंग, केबल, रस्सी आदि के माध्यम से बल लगाया जाता है। एक तनाव बल केवल खींच सकता है, यह धक्का नहीं दे सकता। हम आमतौर पर मानते हैं कि केबल में तनाव केबल पर हर जगह समान होता है।
- वायु प्रतिरोध बल - यह एक विशेष प्रकार का घर्षण बल है जो वस्तुओं पर कार्य करता है क्योंकि वे हवा में यात्रा करते हैं। किसी वस्तु की गति का विरोध करने के लिए वायु प्रतिरोध बल अक्सर देखा जाता है। इसकी नगण्य परिमाण के कारण बल की आमतौर पर उपेक्षा की जाएगी। यह उन वस्तुओं के लिए सबसे अधिक ध्यान देने योग्य है जो उच्च गति (जैसे स्काईडाइवर या डाउनहिल स्कीयर) पर यात्रा करते हैं।
- स्प्रिंग बल - संकुचित या खिंचे हुए स्प्रिंग द्वारा लगाया गया बल 'वसंत बल' है। वसंत कैसे जुड़ा हुआ है, इसके आधार पर बनाया गया बल एक धक्का या खिंचाव हो सकता है।
गैर-संपर्क बल: एक बल जिसे दो निकायों के साथ किसी भी संपर्क के बिना लागू किया जा सकता है, एक गैर-संपर्क बल कहलाता है जैसे चुंबकीय बल, इलेक्ट्रोस्टैटिक बल, गुरुत्वाकर्षण बल।
गैर-संपर्क बलों के प्रकार
- गुरुत्वाकर्षण बल एक ऐसा बल है जो दो वस्तुओं को एक दूसरे की ओर खींचने की कोशिश करता है। जिस किसी चीज में द्रव्यमान होता है, उसमें भी गुरुत्वाकर्षण खिंचाव होता है। कोई वस्तु जितनी अधिक विशाल होती है, उसका गुरुत्वाकर्षण खिंचाव उतना ही अधिक होता है। पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण वह है जो आपको जमीन पर रखता है और जिसके कारण वस्तुएँ गिरती हैं। आसमान से नीचे गिरती पानी की बूंदें गुरुत्वाकर्षण बल का उदाहरण हैं। सेब का पेड़ से नीचे गिरना गैर-संपर्क बल का सबसे अच्छा और सबसे लोकप्रिय उदाहरण है।
- चुंबकीय बल चुंबकीय वस्तुओं पर चुंबक द्वारा लगाया गया बल है। वे दो वस्तुओं के बीच किसी भी संपर्क के बिना मौजूद हैं। उदाहरण के लिए, बिना किसी भौतिक संपर्क के किसी चुंबक के आस-पास लोहे की पिन आकर्षित होती है।
- इलेक्ट्रोस्टैटिक बल अन्य आवेशित निकायों पर सभी विद्युत आवेशित निकायों द्वारा लगाया गया बल है। यह शरीर के आवेश के आधार पर प्रकृति में आकर्षक और प्रतिकारक दोनों हो सकता है। उदाहरण के लिए, बालों का चार्ज होना और कागज के टुकड़ों का उसकी ओर आकर्षण।
- परमाणु बल वह बल है जो परमाणुओं और उनके कणों को एक साथ रखता है।
बल क्षेत्र
- वह क्षेत्र या स्थान जिसमें गैर-संपर्क बल जैसे चुंबकीय बल, गुरुत्वाकर्षण बल और इलेक्ट्रोस्टैटिक बल कार्य करते हैं, बल क्षेत्र कहलाता है।
- चुम्बक के आस-पास का वह क्षेत्र जहाँ कोई चुम्बकीय पदार्थ बल अनुभव करता है, चुम्बकीय क्षेत्र कहलाता है।
- विद्युत आवेश के आसपास का क्षेत्र, जहाँ कोई विद्युत पदार्थ बल का अनुभव करता है, विद्युत क्षेत्र कहलाता है।
- इस प्रकार एक बल क्षेत्र गैर-संपर्क बलों के प्रभाव का क्षेत्र है।
बल = द्रव्यमान × त्वरण
त्वरण - किसी वस्तु की गति में परिवर्तन को त्वरण कहते हैं। जब कोई वस्तु गति प्राप्त करती है, तो उसका त्वरण धनात्मक होता है; जब गति खो जाती है, त्वरण ऋणात्मक होता है।
द्रव्यमान - प्रत्येक वस्तु पदार्थ से बनी होती है। किसी वस्तु में जितना अधिक द्रव्य होता है, वह उतना ही बड़ा होता है और उसका द्रव्यमान भी उतना ही अधिक होता है।
न्यूटन के गति के दूसरे नियम के अनुसार, एक निश्चित द्रव्यमान की वस्तु पर धक्का लगता है, और यह बल और द्रव्यमान की मात्रा के आधार पर गति करता है। एक बड़े द्रव्यमान के साथ एक छोटा बल धीमा त्वरण देता है और एक छोटे द्रव्यमान के साथ एक बड़ा बल तेजी से त्वरण देता है। इसका मतलब है कि किसी भी द्रव्यमान पर शून्य का बल शून्य त्वरण देता है। यदि वस्तु स्थिर रहती है, तो वह स्थिर रहती है; यदि यह गतिमान है, तो यह उसी गति और दिशा में आगे बढ़ता रहता है।
