Notes-Marathi Medium-इयत्ता-आठवी – सामान्य विज्ञान-पाठ -3-बल व दाब-Maharashtra Board

अभ्यासघटक : संपर्क व असंपर्क बले संतुलित आणि असंतुलित बले जडत्व दाब प्लावक बल आर्किमिडीजचे तत्त्व घनता व सापेक्ष घनता

बल : एखाद्या वस्तूच्या विराम अवस्थेत किंवा सरळ रेषेतील एकसमान गतिमान बदल घडवून आणणारी भौतिक राशी म्हणजे बल होय.

न्यूटनचा गतिविषयक पहिला नियम : स्थिर वस्तूवर बल कार्यरत नसेल तर ती स्थिरच राहते. गतिमान वस्तूवर बल कार्यरत नसेल तर ती त्याच वेगाने व दिशेने सतत पुढे जात राहते.

• दोन वस्तूंमधील आंतरक्रियेमधून त्या वस्तूंवर बल प्रयुक्त होते.

संपर्क व असंपर्क बले (Contact and Non contact Forces) :

संपर्क बल : वस्तूंच्या एकमेकांशी आलेल्या थेट संपर्कामुळे किंवा आणखी एका वस्तूमार्फत आलेल्या संपर्कामुळे प्रयुक्त झालेल्या बलास संपर्क बल म्हणतात.

• उदा., जमिनीवर स्थिर असलेल्या चेंडूला लाथ मारल्यास तो गतिमान होतो.

असंपर्क बल : जेव्हा दोन वस्तूंमध्ये संपर्क नसला तरीही त्या वस्तूंमध्ये बल प्रयुक्त होताना दिसते तेव्हा त्या बलास असंपर्क बल म्हणतात.

• उदा., पृथ्वी सूर्याभोवती फिरते. चुंबकाजवळ लोखंडी टाचण्या आणल्यास त्या चुंबकाच्या ध्रुवांकडे आकर्षित होतात व चुंबकाला चिकटतात.

संतुलित आणि असंतुलित बले (Balanced and Unbalanced Forces) :

संतुलित बल : वस्तूवर एकाच सरळ रेषेत समान परिमाणांची पण परस्परविरुद्ध दिशा असलेली दोन बले प्रयुक्त केली तर, त्या बलांना संतुलित बले म्हणतात. या वेळी परिणामी बल शून्य असते.

असंतुलित बल : वस्तूवर दोन किंवा अधिक बले क्रिया करीत असतील व त्यांचे परिणामी बल (निव्वळ बल) शून्य असेल तर, त्या परिणामी बलास असंतुलित बल म्हणतात.

उदा : जमिनीवर विराम अवस्थेत असलेल्या चेंडूला फटका मारल्यास तो प्रयुक्त बलामुळे गतिमान होतो.

वस्तूवरील असंतुलित बल = वस्तूचे वस्तुमान x वस्तूचे त्वरण

• एखाद्या वस्तुवर एकाच दिशेने अनेक बले लावल्यास त्यांच्या बेरजेएवढे बल वस्तुंवर प्रयुक्त होते.
• जर दोन बले एकाच वस्तुवर परस्पर विरुद्ध बाजूने लावली तर, त्यांच्या फरकाइतके बल वस्तुवर प्रयुक्त होते.
• बल हे परिमाण व दिशा यांमध्ये व्यक्त केले जाते. बल ही सदिश राशी आहे.

वस्तूवर बल लावले असता, त्याचे वस्तूवर होणारे परिणाम :

• स्थिर वस्तू गतिमान होऊ शकते. उदा., जमिनीवर स्थिर असलेल्या चेंडूला लाथ मारल्यास तो गतिमान होतो.
• गतिमान वस्तू स्थिर होऊ शकते. उदा., ब्रेक वापरून गतिमान सायकल थांबवता येते.
• वस्तूची चाल बदलू शकते. उदा., गतिमान सायकलचे ब्रेक दाबले असता, सायकलची चाल कमी होते.
• वस्तूच्या गतीची दिशा बदलू शकते. उदा., एकसमान चालीने वर्तुळाकार फिरणाऱ्या वस्तूच्या गतीची दिशा प्रयुक्त बलामुळे सतत बदलत असते.
• वस्तूचा आकार तसेच वस्तूचे आकारमान यांत बदल होऊ शकतो. उदा., रबरी चेंडू दाबला असता, तो गोलाकार न राहता त्याचा आकार बदलतो. तसेच त्याचे आकारमानही कमी होऊ शकते.

जडत्व (Inertia) :

जडत्व : वस्तू आहे त्या गतीच्या स्थितीत राहण्याच्या प्रवृत्तोला वस्तूचे जडत्व म्हणतात.

जडत्वाचे प्रकार :

(i) विराम अवस्थेतील जडत्व : वस्तूच्या ज्या स्वाभाविक गुणधर्मामुळे ती आपल्या विराम अवस्थेत बदल करू शकत नाही, त्यास विराम अवस्थेचे जडत्व म्हणतात.

• उदा : बस अचानक सुरू झाल्यास प्रवासी मागच्या दिशेने फेकले जातात.

(ii) गतीचे जडत्व : वस्तूच्या ज्या स्वाभाविक गुणधर्मामुळे गतिमान अवस्थेत बदल होऊ शकत नाही, त्यास गतीचे जडत्व म्हणतात.

• उदा : फिरणारा विजेचा पंखा बंद केल्यानंतरही काही वेळ फिरत राहतो, बस अचानक थांबल्यास बसमधील प्रवासी पुढच्या दिशेने फेकले जातात.

(iii) दिशेचे जडत्व : वस्तूच्या ज्या स्वाभाविक गुणधर्मा मुळे ती आपल्या गतीची दिशा बदलू शकत नाही, यास दिशेचे जडत्व म्हणतात.

• उदा : वाहन सरळ रेषेत गतिमान असताना अचानक वळण घेतल्यास प्रवासी विरुद्ध दिशेला फेकले जातात.

दाब (Pressure) :

दाब : एकक क्षेत्रफळावर लंब दिशेने प्रयुक्त असणाऱ्या बलास दाब म्हणतात.

क्षेत्रफळ वाढले की त्याच बलाला दाब कमी होतो आणि क्षेत्रफळ कमी झाले की त्याच बलाला दाब वाढतो. उदाहरणार्थ, उंटाच्या पायांचे तळवे पसरट असतात. त्यामुळे उंटाचे वजन अधिक पृष्ठभागावर पडते आणि वाळूवर पडणारा दाब कमी होतो. म्हणूनच उंटाचे पाय वाळूत घुसत नाहीत आणि त्याला चालणे सोपे जाते.

• दाबाचे SI एकक : N/m². यालाच पास्कल (Pa) म्हणतात.
• हवामानशास्त्रात दाब bar या एककात व्यक्त करतात. 1 ba r= 10⁵
• दाबाचे CGS एकक डाईन/सेंटिमीटर² (dyne/cm²) आहे.

1N = 105 dynes, 1 m2 = (102 cm)2 = 104 cm2  , ∴ 1 Pa = 1 N/m2 = 105 dynes/104 cm2 = 10 dynes/cm2.

स्थायूवरील दाब :

• हवेत ठेवलेल्या सर्व स्थायू पदार्थांवर हवेचा दाब असतो.
• स्थायूवर एखादे वजन ठेवले तर त्या वजनामुळे स्थायूवर दाब पडतो. तो त्या वजनावर व वजनाच्या स्थायूवरील संपर्का च्या क्षेत्रफळावर अवलंबून असतो.

द्रवाचा दाब (Pressure of liquid) व वायूचा दाब (Gas Pressure) :

• एकाच पातळीत द्रवा चा दाब एकच असतो. तसेच द्रवाच्या खोलीप्रमाणे दाब वाढत जातो.
• वायूसुद्धा द्रवाप्रमाणेच ज्या पात्रात तो बंदिस्त आहे त्या पात्राच्या भिंतीवर दाब देत असतो. हवेचा दाब सर्व बाजूंनी सारखा असतो
• जो पदार्थ वाहू शकतो, त्याला द्रायू (Fluid) म्हणतात. सर्व द्रव आणि वायू यांना द्रायू अशी संज्ञा आहे.

द्रवाने (अथवा द्रायूने) प्रयुक्त केलेल्या दाबाची वैशिष्ट्ये :

• द्रवातील कोणत्याही बिंदूशी द्रवाने प्रयुक्त केलेला दाब हा त्या बिंदूवरील द्रवाच्या स्तंभाच्या वजनामुळे निर्माण झालेला असतो.
• तो भांड्याच्या सर्व बाजूंवर कार्यरत असतो.
• द्रवात दिलेल्या खोलीवर सर्व दिशांना द्रवाचा दाब सारखाच असतो.
• तो भांड्याची आकृती व भांड्याचा आकार यांवर अवलंबून नसतो.
• द्रवाचा दाब द्रवातील खोलीनुसार वाढत जातो.

• द्रवाचा दाब द्रवाच्या घनतेशी समानुपाती असतो.
• द्रवाचा दाब त्या स्थानी असलेल्या गुरुत्वीय त्वरणाशी समानुपाती असतो.
• पृष्ठभागापासून h या खोलीवर द्रवाचा दाब = hρ
• सायकलच्या ट्यूबमध्ये हवा भरल्यावर ती सगळीकडे सारखा आकार (गोलाकार) धारण करते. या उदाहरणांवरून हवेचा दाब सर्व बाजूंनी सारखा असतो हे दिसून येते.

वातावरणीय दाब (Atmospheric Pressure) :

• पृथ्वीवर सर्व बाजूंनी हवेचे आवरण आहे. या आवरणास वातावरण म्हणतात.
• पृथ्वीच्या पृष्ठभागापासून सुमारे 16 km उंचीपर्यंत या वातावरणाची घनता अधिक असते, तर त्यापुढे सुमारे 400 km पर्यंत ते अतिशय विरल स्वरूपात असते. म्हणजेच त्याची घनता खूप कमी असते.
• हवा तिच्या वजनामुळे पृथ्वीवर दाब प्रयुक्त करते. हवेने पृथ्वीवर प्रयुक्त केलेल्या दाबास वातावरणीय दाब म्हणतात.
• हा दाब म्हणजे (हवेचे वजन)/(पृथ्वीच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ).
• पृथ्वीच्या पृष्ठभागापासून जसजसे उंच जावे तसतशी हवेची घनता कमी होत जाते (हवा विरळ होत जाते), तसेच ठरावीक स्थानावरील हवेच्या स्तंभाचे वजनही कमी होते. परिणामी वातावरणीय दाब कमी होत जातो.
• समुद्रसपाटीला असणाऱ्या हवेच्या दाबाला 1 atmosphere म्हणतात.
• 1 atmosphere = 101 x 10³

प्लावक बल :

प्लावक बल : पाण्यात किंवा अन्य द्रवात किंवा वायूत असलेल्या वस्तूवर वरच्या दिशेने प्रयुक्त बलाला प्लावक बल म्हणतात.

• प्लावक बल वस्तूच्या वजनापेक्षा जास्त असेल तर वस्तू तरंगते.
• प्लावक बल वस्तूच्या वजनापेक्षा कमी असेल तर वस्तू बुडते.
• प्लावक बल वस्तूच्या वजनाएवढे असेल तर वस्तू द्रवामध्ये तरंगत राहते.

• प्लावक बल द्रवात बुडणाऱ्या वस्तूचे आकारमान (V), द्रवाची घनता (ρ_l) व त्या ठिकाणचे गुरुत्वीय त्वरण (g) या गोष्टींवर अवलंबून असते.
• प्लावक बलाचे परिमाण = Vρ_l
• वस्तूची घनता द्रवाच्या घनतेपेक्षा जास्त असल्यास वस्तू त्या द्रवात बुडेल.
• वस्तूची घनता द्रवाच्या घनतेपेक्षा कमी असल्यास वस्तू त्या द्रवात तरंगेल.
• वस्तूची घनता द्रवाच्या घनतेएवढी असल्यास वस्तू द्रवाच्या आतमध्ये तरंगेल.

आर्किमिडीजचे तत्व :

आर्किमिडीजचे तत्त्व : एखादी वस्तू द्रायूमध्ये अंशतः अथवा पूर्णतः बुडवल्यास त्यावर वरील दिशेने बल प्रयुक्त होते. हे बल त्या वस्तूने बाजूस सारलेल्या द्रायूच्या वजनाइतके असते.

• जहाजे व पाणबुड्या यांची रचना करताना आकिंमिडिजच्या तत्त्वाचा उपयोग करतात. दुग्धतामापी व हायड्रोमीटर यांचे कार्य आर्किमिडीजच्या तत्त्वावर आधारित आहे.

घनता व सापेक्ष घनता :

घनता = वस्तुमान/आकारमान. घनतेचे SI एकक : kg/m³ घनतेचे CGS एकक : g/cm³. 1 g/cm³ = 103 kg/m³.

सापेक्ष घनता = पदार्थाची घनता/पाण्याची घनता.  या राशीला एकक नाही. सापेक्ष घनतेला विशिष्ट गुरुत्व असेही म्हणतात.

(**टिप : सोडविलेली गणिती उदाहरणेसाठी पाठ्यपुस्तक पाहणे)