Good Thoughts

यश मिळवण्यासाठी सगळ्यात मोठी शक्ती-आत्मविश्वास.

मंगळवार, १ मे, २०१२

मुलभूत संकल्पना – भौतिकशास्ञ


मुलभूत संकल्पना – भौतिकशास्ञ


भौतिक शास्त्र

द्रव्याचे भौतिक गुणधर्म -

१) द्रव्य जागा व्यापतात, सर्व पदार्थ जागा व्यापतात.

२) वस्तुमान – पदार्थाचे वस्तुमान म्हणजे त्यामधील द्रव्यसंचयन होय. वस्तुमान हा सर्व पदार्थाचा सर्वसामान्य गुणधर्म होय. वस्तुमान हे द्रव्याच्या आकारमानाच्या प्रमाणात असते. भिन्न प्रकारचे द्रव्य असलेल्या परंतु सारखेच आकारमान असलेल्या पदार्थाचे वस्तुमान भिन्न असु शकते. उदा – लाकडी ठोकळा व लोखंडी ठोकळा

३) प्रत्यस्थता ( Elasticity) – पदार्थावरील लावलेले बल काढून घेताच ते त्यांच्या मुळचा आकार व मुळ्चे आकारमान प्राप्त करुन घेतात या गुणधर्माला प्रत्यास्थता म्हणतात. उदा. – रबर,पोलाद, हवा, फुटबॉलच्या चेंडूचे उसळी मारणे इ.

४) जडत्व (Inertia)- सद्यस्थिती स्वतःहू न बदलण्याची प्रवृत्ती असते. पदार्थाच्या या प्रवृत्तीस जडत्व असे म्हणतात. उदा – ग्लास, पोस्ट कार्ड व नाण्याचा प्रयोग, चालत्या बस/ रेल्वेतून उतरतांना पळावे लागने.

५) कटिणपणा (Hardness)- काच तांब्यापेक्षा कठीण आहे कारण काचेच्या तुकड्याने तांब्यावर ओरखडा पाडता येतो. हिरा अत्यंत कठीण पदार्थ आहे त्यांमूळे काच कापण्यासाठी हि-याचा उपयोग करतात.

६) ठिसूळपणा (Brittlness)- आघाताने तुकडे होण्याचा गुणधर्मास ठिसूळपणा म्हणतात. पदार्थ जितका कठीण तितकाच तो ठिसूळ असतो. पोलादाचा तुकडा व काचेचा तुकडा फरशीवर टालला असता काचेचे तुकडे पडतात यावरुण काच पोलादापेक्षा अधिक ठिसूळ आहे.

७) सच्छिद्रता ( Porosity)- रंध्रे असणा-या गुणधर्मास सरंध्रता ( सच्छिद्रता) असे म्हणतात. उदा. –खडूचा तुकडा पाण्यात टाकल्यास हवेचे बुडबुडे येणे , माठातून पाणी पाझरणे, स्पंज.

८) वर्धनीयता (Malleability ) – पदार्थाच्या ज्या विशिष्ट गुणांमूळे त्याचे पातळ पत्र्यात रुपांतर करता येते, त्या गुणधर्मास वर्धनीयता असे म्हणतात. उदा. – तांब्याची भांडी. सर्वाधीक वर्धनीयता चांदीत असते.

९) तन्यता (Ductility) – पदार्थाच्या या गुणधर्मामुळे त्याची बारीक तार काढता येते. जवळजवळ सर्वच धातूत तन्यता हा गुणधर्म असतो. उदा- सोने व चांदीच्या बारीक तारा दागिने बनविनण्यासाठी वापरतात. सर्वाधिक तन्यता सोन्यात असते.

भौतिक राशीचे मापन – लांबी, क्षेत्रफळ, वस्तुमान, आकारमान, घनता, चाल (speed) इत्यादी भौतिक राशी आहेत. भौतिकशास्त्राचा अभ्यास करतांना भौतिक राशींच्या अचूक मापनाची गरज भासते.
मापन – विशिष्ट परिमाणाशी एखाद्या राशीची तुलना करणे म्हणजे त्या राशीचे मापन करणे होय. त्यास एकक असे संबोधतात
प्रमाणित एकके (Standard Unit ) – एखाद्या विशिष्ट राशीचे मापन सर्वच स्थळी व सर्व काळी एकसारखे येण्याकरिता काही प्रमाणित एकके मापनाकरिता वापरली जातात.

पमाणित एककाचे गुणधर्म –

१. ते एकक सहजपणे उपलब्ध होणारे असावे.

२. ते नाशवंत नसावे.

३. ते स्थल कालपरत्वे बदलणारे नसावे

मुलभूत राशी (Fundamental Quantities)

सोयीसाठी लांबी, वस्तुमान आणि काल या तीन भौतिक राशी मूलभुत मानल्या जातात. कारण ही एकके एकमेकांवर अवलंबून नाही. आणि जवळजवळ इतर सर्वच राशींची एकके लांबी, वस्तुमान आणि काल यांच्या एककात दर्शविता येतात.

मापन पध्दती

१. MKS – पध्दत – मीटर, किलोग्रॅम, सेकंद यास मेट्रिक पध्दत म्हणतात.

२. CGS – पध्दत – सेंटिमीटर, ग्रॅम, सेकंद.

३. FPS – फुट, पौंड, सेकंद या पध्दतीलाच ब्रिटिश पध्दत असेही म्हणतात.

४. SI – पध्दत (System Internationl) – ही MKS पध्दतीचे आंतराराष्ट्रीय मन्यता मिळून स्विकारलेली पध्दत आहे.

ही SI पध्दत १९६० च्या GGPM परिषदेत मान्यता पावली. यात मुलभूत एकके, दोन पुरक एकके व १९ साधित एकके त्यांच्या विशिष्ट नावासह स्विकारली गेली.
आंतरराष्ट्रीय वजन माप कार्यालय पॅरिस जवळ सेव्हरस येथे आहे.

सात मुलभूत SI एकके (The Seven Basic SI Unit)
Quantity Unit symbol
१. लांबी (Length) Meter M
१. वस्तुमान (Mass) kilogram Kg
२. वेळ (Time) second S
३. तापमान (Temperature) kelvin K
४. (Amount of Substance) Mole Mol
५. विद्युत प्रवाह (Electric Current) Ampere A
६. अनुदिप्त तीव्रता (Luminous intensity) Candela Cal

Abbreviation in powers of 10
Powers of 10 Prefix Symbol
1012 Tera T
109 Giga G
106 Mega M
103 Kilo K
102 Hecto h
101 Deca da
10-1 Deci d
10-2 Centi c
10-3 Milli m
10-6 Micro u
10-9 Nano n
10-12 Pico p
10-15 Femto f
10-18 Atto a

SI Unite-

लांबी (Length) – लांबीचे SI पध्दतीत एकक मीटर ( m ) आहे. मीटर म्हणजे इ. स. १८८९ मध्ये फ्रान्स मधील पॅरिस येथे आंतरराष्ट्रीय वजन आणि मापन संघटनेच्या संग्रहामधे ठेवलेल्या प्लॅटिनम – इरिडियम या मिश्र धातूच्या पट्टीची लांबी होय. जी २७३. १६ K तापमान व बार दाब अशा वातावरणात जतन करून ठेवली आहे.
१९८३ मधे मीटरची व्याख्या प्रकाशाने अंतराळात १/२९९, ७९२, ४५८ सेकंदात पार केलेले अंतर म्हणजेच एक मीटर होय.
तसेच मीटर म्हणजे क्रिप्टॉन नारंगी रंगाच्या प्रकाशाची तरंग लांबी प्रमाण मानतात
लांबीचे मोठ्या प्रमाणावरील एकक प्रकाशवर्ष – 9.46X1015 m/9.46X 1012 km
लांबीचे मोठ्या प्रमाणावरील एकक – मायक्रोमीटर्स किंवा मायक्रॉन (um), ऍगस्ट्रॉम (A), नॅनोमीटर (mn), फेम्टोमीटर (fm)

मीटरवरून इतर एकके

1Km = 1000m =103 m

1mm = 1/1000 m = 10-3

1 (nm) = 1/1000000000 = 10-9 m

1 cm = 1/100 m =10-2 m

1 (um) = 1/1000000 = 10-6 m

लांबी – कोणत्याही दोन बिंदुमधील अंतराला लांबी असे म्हणतात. मीटर हे लांबीचे MKS पध्दतीतील एकक होय.

विविध शास्त्रात अंतर मोजण्यासाठी वापरण्यात येणारी एकके –

१. दैनंदिन व्यवहार – सेंटीमीटर, मीटर, किलोमीटर

२. खगोलशास्त्र – प्रकाशवर्ष

३. सूक्ष्मजीवशास्त्र – मायक्रॉन, ऍंगस्ट्रॉम

४. जीवशास्त्र – मायक्रॉन, मिलीमीटर

५. सागरशास्त्र – फॅदम, नॉटीकल मैल

६. अणुशास्त्र – ऍंगस्ट्रॉम, फेम्टोमीटर

वस्तुमान (Mass) – पदार्थातील द्रव्य समुच्चयास वस्तुमान असे म्हणतात. SI पध्दतीत वस्तुमानाचे एकक किलोग्रॅम हे आहे.
वस्तुमानाचे किलोग्रॅमवर आधारित एकके-

1 tone ( t ) = 1000 kg = 103 kg

1 gram ( g ) = 1/1000 kg = 10-3 kg

1 miligram ( mg ) = 1/1000000 = 10-6 kg

1kwintal = 100 kg.

वेळ ( Time ) – एकक सेकंद (S) आहे. वेळेचे मापन किंवा (Standard Measurement) हे पृथ्वीच्या परिवलनापासून घेण्यात आले आहे. सेकंद म्हणजे १ सौरदिनाच्या १/८६४०० वा भाग होय.
नवीन संशोधनानुसार सेकंद हे सिसियम अणुमधील (Cesium atom) कंपनावरून (Periodic Vibration) घेतले आहे. यामध्ये एक सेकंद म्हणजे सिसियम – १३३ अणुतील ९, १९२, ७७० एवढी कंपने निर्माण होण्यास लागणारा वेळ होय.
साधित राशी आणि त्यांची एकके (Derived quantities and their units ) क्षेत्रफळ, आकारमान, चाल, घनता इ. भौतिक राशिंना साधित राशी म्हणतात. या राशी मुलभूत राशींच्या स्वरुपात व्यक्त करता येतात. त्यामुळे त्यांची एकके मुलभूत, भौतिक राशींच्या एककांच्या स्वरूपात मिळतात. म्हणून साधित राशींच्या एककांना साधित एकके म्हणतात. उदा- लांबीचे मुलभूत एकक घेऊन क्षेत्रफळाच्या मापनाकरीता cm किंवा चौरस सेमी एकक CGS पध्दतीत वापरतात. CGS मध्ये cm/s व MKS मध्ये m/s असे लिहितात.
अदिश राशी व सदिश राशी (Scalars & Vectors) – ब-याच भौतिक राशींच्या बेरीज वजाबाकी वगैरेसाठी अंकगणिताचे नियम वापरता येतात तथापी काही भौतिक राशींच्या बाबतीत अंकगणिताचे नियम लागू पडत नाही. हा फरक विचारात घेऊन भौतिक राशींचे (१) आदिश राशी (२) सदिश राशी असे दोन गट करता येतात.
आदिश (Scalars) – जी भौतिक राशी केवळ परिमाण दिल्याने पूर्णपणे व्यक्त होते, तिला आदिश राशी किंवा आदिश म्हणतात. अंकगणिताचे नियम वापरून आदिश राशींची बेरीज किंवा वजाबाकी करता येते. परंतु बेरीज किंवा वजाबाकी करतांना या राशी समान एककामध्ये व्यक्त केल्या पाहिजेत. लांबी, वस्तुमान, आकारमान, काल, तापमान, चाल, घनता इ. राशींना आदिश राशी म्हणतात,
सदिश राशी – जी भौतिक राशी पूर्णपणे व्यक्त करण्याकरिता तिचे परिमाण व दिशा या दोहोंचचीही आवश्यकता असते तिला सदिश राशी किंवा सदिश म्हणतात.
विस्थापन, वेग, त्वरण, बल, संवेग, चुंबकिय प्रवर्तन, वजन, प्रेरणा इ. सदिश राशी आहेत.
सर्वसाधारणपणे सदिश दर्शविण्यासाठी माथ्यावर बाण काढलेल्या चिन्हांचा वापर केला जातो. उदा – विस्थापन OA व OB
बाणरहित चिन्हे (OA,OB) केवळ परिमाण दर्शवितात. म्हणून 1(OA)=1(OB) परंतु OA≠OB
समान परिमाण परंतु भिन्न दिशा असलेले सदिश समान नसतात.
सदिश राशींच्या परिमाणाबरोबर दिशा ही असल्यामुळे त्यांच्या बेरीज किंवा वजाबाकीसाठी अंकगणिताचे नियम लागू पडत नाहीत.
सदिश राशींना दिशा असल्यामुळे ती दर्शविण्यासाठी आलेख चित्रणाचा उपयोग केला जातो.
सदिशांची बेरीज AB + BC = AC

राशी व्याख्या SI एकक
क्षेत्रफळ (Area) लांबी वेग m2
घनफळ (Volume लांबीचा घन m3
घनता (Density) वस्तुमान / आकारमान kg / m3
वेग (Velocity) एकक कालावधीत कापलेले अंतर m /s
त्वरण (Acceleration) एकक कालावधीत वेगातील बदल m / s2
जोर (Force) mass times acceleration of object kg m /s2 m /s2 (= newtons N)
दाब (Pressure) एकक क्षेत्रफळावर प्रयुक्त केलेले बल (Pascal, Pa)
ऊर्जा (Engery एकक कालावधीत बलाचे विस्थापन kg m2 / s2 (Joule, J )

गती (Motion )

गतीची कल्पना निरीक्षक सापेक्ष असते. एखाद्या पदार्थाच्या स्थानात दुस-या पदार्थाच्या संदर्भाने सतत होत राहणा-या बदलाला चलन असे म्हणतात. किंवा गती म्हणजे वस्तुचा निरीक्षक सापेक्ष स्थान बदल होय. चलनाचे किंवा गतीचे तीन प्रकार पडतात.

१. स्थानांतरणीय गती (Transiation Motion) – या गती मध्ये वस्तूमधील प्रत्येक कणाचे विस्थापन समान अंतरातून होत असते. त्यामध्ये वस्तुचे चलन सरळ रेषेत होत असले तर रेखीय विस्थापन / एकरेषीय विस्थापन म्हणतात. आणि जर वक्र होत असेल तर वक्ररेषी विस्थापन म्हणतात. उदा - एकाच दिशेने जाणारी आगगाडी, रस्त्यावरून न वळता चालणारा मनुष्य इ.

२. परिवलन गती ( Rotational Motion ) – यामध्ये वस्तुमधील सर्व कण एकाच आसाभोवती परिवलन मार्गाने फिरत असतात. उदा- पृथ्वीचे परिवलन, कप्पी भोवरा, पंखा, पवनचक्की इ.

३. कंपन गती(Vibrational Motion ) – ठराविक कालामध्ये पदार्थामध्ये पुनःपुन्हा होणारी एकाच प्रकारची हालचाल यालाच कंपनगती म्हणतात. उदा – लंबकाच्या घड्याळातील लंबकाची गती, शिवणयंत्रातील सुईची गती, तंतुवाद्यातील तार छेडली असता तारेत कंपनगती निर्माण होते. स्थायू किंवा द्रव पदार्थातील अणुरेणूंची गती

विस्थापन, चाल आणि वेग –

१. विस्थापन (Dispacement ) – एखाद्या वस्तुच्या स्थान बदलास विस्थापन असे म्हणतात. विस्थापन व अंतर यामध्ये फरक आहे. अंतर म्हणजे प्रवासात आक्रमिलेल्या मार्गाची प्रत्यक्ष लांबी आणि विस्थापन म्हणजे मूळ स्थानापासून अंतिम ठिकाणापर्यंतच्या मार्गाची एकरेषीय लांबी. मूळ स्थान व अंतिम स्थान यांना जोडणा-या किरण दिशा निश्चित होते. म्हणून विस्थापन ही सदिश राशी आहे. परंतु अंतर ही अदिश राशी आहे. जर अंतराला दिशेचा उल्लेख केला तर मात्र ते सदिश म्हणावे लागेल. उदा – २०० मी अंतर पूर्व दिशेने. विस्थापन हे लांबीच्या एककामध्ये cm, m, km मध्ये मोजतात

२. चाल ( speed) – एकक कालावधीमध्ये वस्तूने आक्रमिलेल्या अंतरास त्या वस्तुची चाल असे म्हणतात

अंतर

चाल =

काल

MKS पध्दतीत अंतराचे एकक मीटर आणि कालाचे एकक सेकंद आहे. म्हणून MKS पध्दतीत चालीचे एकक मीटर / सेकंद (m /s) तर CGS पध्दतीत चालीचे एकक सेमी /सेकंद (cm /s) हे आहे
चाल मोजतांना आपण विस्थापनाची दिशा विचारात घेत नाही म्हणून चाल ही अदिश राशी आहे. सृष्टीत आढळणा-या काही चालींची अदमासे मूल्ये खालील सारणीत दिली आहे.

किटक व इतर सूक्ष्मजीव 152

बैलगाडी किंवा चालणारा माणूस 1 m /s

ध्वनी ( हवेतून जाताना ) 340 m / s

स्वनातीत जेट विमान 1000 m / s

पृथ्वीचे सूर्याभोवती भ्रमण 104 m / s

इलेक्ट्रॉनचे अणुकेंद्रकाभोवती भ्रमण 106 m /s

०० C तापमानास हायड्रोजन वायूचे रेणू 1314 m /s

०० C तापमानास ऑक्सिजनचे रेणू 460 m / s

प्रकाश (हवेतून जाताना ) 3 X 108 m / s

चित्ता (सर्वात जलद धावणारे जनावर ) 29 m / s

ससाणा ( सर्वात जलद उडणारा पक्षी ) 78 m / s

बंदुकीची गोळी 860 m / s

प्रकाश लहरी व रेडिओ लहरी 3 X 105 m / s

सरासरी चाल – एखाद्या वस्तुने आक्रमिलेले एकूण अंतर, ते कापण्यासाठी लागलेला एकूण कालावधी यांच्या भागाकारास त्या वस्तुची चाल असे म्हणतात. आक्रमिलेले एकूण अंतर लागलेला एकूण काल

३. वेग – एखाद्या वस्तुच्या विस्थापनाचा दर म्हणजे वस्तुचा वेग होय.

विस्थापन

काल

वेगाची एकके MKS पध्दतीत मीटर / सेकंद आणि CGS मध्ये सेमी / सेकंद ही आहेत.

त्वरण( Acceleraction ) – जेव्हा एखाद्या वस्तुचा वेग बदलत जातो, तेव्हा त्या वस्तुच्या गतीला त्वरणीत गती म्हणतात

१. स्टेशनजवळ आल्यानंतर आगगाडीचा वेग कमी होत जातो व गाडी सुटते तेव्हा वेग वाढत जातो.

२. वेगात जाणारी बस वळणे घेताना

व्याख्या – एकक कालात होणारा वेगातील बदल म्हणजे त्वरण होय. किंवा वेगाच्या परिवर्तनाचा दर म्हणजे त्वरण होय.

त्वरण हे वेगातील बदलाशी संबधीत असते. वेग ही सदिश राशी असल्याने त्वरण ही सुध्दा सदिश राशी आहे.

न्यूटनचे गतिविषयक नियम-

१. अवकाशातील ग्रह व तारे यांची गती

२. पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरील वस्तुची गती

३. अणू, रेणू, इलेक्ट्रॉन या सारख्या सूक्ष्म कणांची गती यासारख्या विभिन्न गतीच्या स्पष्टीकरणासाठी गतिविषयक नियम सर्वप्रथम आयझॅक न्युटन (१६४२ – १७२७ AD ) याने आपल्या “Mathematical Principles of Natural Philosophy” (The Principle) या विख्यात ग्रंथात प्रसिध्द केले. न्यूटनच्या गतिविषयक नियमांची गणना भौतिक शास्त्रातील मुलभूत नियमांमध्ये केली जाते.

न्यूटनच्या गतिविषयक पहिला नियम – एखाद्या वस्तुवर कोणतेही असंतुलीत बल क्रिया करीत नसेल तर ती वस्तु अचल अवस्थेत असल्यास अचल अवस्थेत राहील अथवा सरळ रेषेत एक समान गतीत असल्यास एका समान गतीतच राहील.

जडत्व –

स्वतःहून आपली अवस्था न बदलण्याची जी नैसर्गिक प्रवृत्ती प्रत्येक वस्तूत असते, त्या प्रवृत्तीला जडत्व असे म्हणतात. उदा – पेला, कार्ड व नाणे यांचा प्रयोग

जडत्वाच्या व्याख्येवरून न्यूटनच्या पहिल्या नियमास जडत्वाचा नियम असेही म्हटले जाते.
न्यूटनच्या पहिल्या नियमास लागू होणारी उदाहरणे –

१. गुळगुळीत कॅरम बोर्डवरील कॅरम बोर्डची सोंगटी टिचकी मारल्यानंतर बोर्डवर सरकत राहते.

२. काचेच्या पृष्ठभागावर फिरणारी घर्षणहीन चकती

३. बस वेगात असताना अचानक ब्रेक दिल्यानंतर प्रवासी पुढे ढकलले जातात.

४. खेळाचे मैदान सपाट करण्यासाठी वापरला जाणारा रोलर प्रथम जोर लावून ओढावा लागतो.

न्यूटनचा दुसरा गतिविषयक नियम –

संयोग परिवर्तनाचा दर प्रयुक्त बलाशी समानुअपाती असतो आणि संवेगाचे परिवर्तन बलाच्या दिशेने होते. उदा – संवेगांसंबंधीची उदाहरणे ही दुस-या नियमाची उदाहरणे होत.

न्यूटनचा गतिविषयक तिसरा नियम –

क्रिया बल व प्रतिक्रिया बल यांची परिमाणे समान असतात, परंतु त्यांच्या दिशा परस्परविरूध्द असतात किंवा कोणत्याही एका वस्तुवर बलाची क्रिया होत असताना बल निर्माण करणा-या (दुस-या) वस्तुवर विरूध्द दिशेने तेवढ्याच परिमाणाचे बल प्रतिक्रिया करीत असते. (Every action has equal & opposite reaction)

न्यूटनच्या तिस-या नियमाची काही उदाहरणे –

१. जेव्हा चेंडूवर बॅटचा तडाखा बसतो त्यावेळी चेंडूवर क्रिया केलेल्या बलामुळे तो अत्यंत वेगाने फेकला जातो. त्याचवेळी बॅटवर तेवढ्याच परिमाणाचे बल विरूध्द दिशेने क्रिया करीत असल्याने बॅटची पुढे जाण्याची गती कमी होते.

२. बंदुकीतून गोळी सुटल्यानंतर बंदुक जोराने मागे ढकलली जाते.

३. गोलंदाज बॉउंस बॉल टाकताना खेळपट्टीवर जोराने आपटून बॉल टाकतो त्यामुळे बॉलला इच्छित उसळी भेटते.

न्यूटनच्या तिस-या नियमाची व्यावहारिक उपयोगाची उदाहरणे –

१. अग्निबाणाचे प्रक्षेपण – अग्निबाणातील इंधनाचे जेव्हा ज्वलन होते, त्यावेळी रासायनिक क्रियेमुळे फार मोठे बल निर्माण होते. अग्निबाणातील द्रवरूप ऑक्सिजन अथवा ऑक्सिजन निर्माण करणा-या रसायनांचा साठा करावा लागतो. हे जळणारे वायू बारीक नळकांड्यांतून बाहेर फेकले जातात. परिणामी अग्निबाण उर्ध्व दिशेने ढकलला जातो.

२. जेट इंजिन – जेट इंजिनास सतत हवेचा पुरवठा आवश्यक असल्याने ते पृथ्वीच्या वातावरणाबाहेर जाण्यासाठी उपयोगी पडत नाही. त्याचप्रमाणे अति उंचीवरील विरळ हवेतही जेट विमान जाऊ शकत नाही.

गॅलिलिओ – या इटालियन शास्त्रज्ञाने प्रयोगाद्वारेसिध्द केले की, एखादी वस्तू एक समान वेगाने जात असेल तर त्या वस्तुवर क्रिया करणारे परिणामी बल शून्य असते. म्हणजेच एक समान वेग चालू राहण्यासाठी बलाची आवश्यकता नसते.

बल (Force )

न्यूटनच्या पहिल्या नियमावरून बलाची व्याख्या, अचल वस्तु गतिमान करण्यासाठी किंवा वस्तुची सरळ रेषेतील एक समान गती बदलण्यासाठी आवश्यक असणा-या भौतिक राशीस बल असे म्हणतात. बलाद्वारे आपण

१. गतिमान वस्तुत वेगाच्या परिमाणात बदल घडवून आणू शकतो. किंवा

२. वेगाचे परिमाण तसेच राखून केवळ गतीची दिशा बदलू शकता किंवा

३. वेगाचे परिणाम व दिशा या दोहोंमध्ये बदल करू शकतो.

बल या राशीस परिणाम व दिशा असल्यामुळे बल ही सदिश राशी आहे.
बलाचे प्रकार –

निसर्गात आढळणारे बलाचे तीन गटांत वर्गीकरण करतात.

१. गुरूत्व बल – (Gravitational Force ) – पृथ्वी आपल्या पृष्ठभागावरील व सभोवतालच्या प्रत्येक वस्तुवर आकर्षण बल प्रयुक्त करते, या बलास पृथ्वीचे गुरुत्व बल असे म्हणतात. पृथ्वीरील सर्व सर्व वस्तुच्या गती गुरुत्व बलाने प्रभावीत होतात. ग्रह, तारे, उपग्रह, कृत्रिम उपग्रह इत्यादी. सर्वांच्या गती गुरुत्वबलामुळे घडुन येतात.

२. विद्युत चुंबकीय बल (Electromanatic Force ) :- वस्तुमधील अणुंना व रेणुना एकत्रीत ठेवणार-या बलास विद्युत चुबंकीय बल असे म्हणतात. हे बल गुरुत्वबलापेकक्षा कितीतरी पट मोठे असते. उदा. चुंबकाकडे लोखंडी टाचणीखेचली जाणे.

३. केंद्रीय बल ( Nuclear Force ) :- अणुच्या केंद्रकात असणा-या वेगवेगळ्या कणांना एकत्र ठेवणा-या बलास केड्रकीय बल म्हणतात. गुरुत्व बल व विद्युत चुंबकीय बल या दोन्ही केंद्रकीय बल खुप मोठे असते. या बलांच्या सापेक्ष तीव्रता पुढील प्रमाणे

बल सापेक्ष तीव्रता

गुरुत्व बल १

विद्युत चुंबकीय बल १०३८

केंद्रकीय बल १०४०

यावरुन असे सिध्द होते की, फुरुत्व बल हे सर्वात क्षीण असून न्यूक्लिय बल हे सर्वात प्रबल असते. गुरुत्व बल व विद्युत बल ही दीर्घ

संवेग (Momentum)- संवेग म्हणजे वस्तुमान व वेग यांचा गुणाकार होय. उदा. –

१) वेगाने जाणारा क्रिकेटच्या चेंडूपेक्षा टेनीसचा चेंडु सहज अडविता येतो.

२) एखाद्या लाकडी ठोकळ्यावर बंदूकीची गोळी झाडल्यास ती ठोकळ्यात घुसते. थोडक्यात वस्तुचे वस्तुमान व वेग या दोन्हीशी संवंधीत असलेल्या कोणत्यातरी भौतिक राशीवर आघाताची तीव्रता अवलंबून असते.

संवेग अक्षयतेचा नियम (Law of conservation of momentum);- कोणत्याही बाह्य बलाची क्रिया होत नसतांना, जेव्हा दोन किंवा अधिक वस्तु मध्ये टक्कर होत असते, तेव्हा त्या वस्तुंचा आघातापुर्वी एकूण संवेग हा त्यांच्या आघातानंतरच्या एकूण संवेगाइतका असतो. उदा. – बंदुकीतुन गोळी उडविल्यानंतर गोळी प्रचंड वेगाने पुढे जाते याच वेळेला बंदुक कमी वेगाने मागे सरकते. CGS पध्दतीत बलाच्या एककास डाईन(Dyne) असे म्हणतात. १ Cm/s2 वस्तुमानात १ त्वरण निर्मान करणा-या बलास १ डाईन बल असे म्हणतात. १न्युटन = १० ५ डाईन

बले बलाचा परिणाम
१) यांत्रिक बल

२) रेणू बल

३) चुंबकीय बल

४) विद्युत बल

५) गुरुत्वाकर्षण बल

६) घर्षण बल

७) न्युक्लीय बल

८) विद्युत चुंबकीय बल

९) गुरुत्व बल
विहिरीतून रहाटाने पाणी काढणे

पाण्याच्या थेंबात बल

लोहकणांचे चुंबकाला चिकटणे

कागदाच्या कपट्यांचे, केसांवर फिरवलेल्या कंगव्याने आकर्षण

झाडावरुन खाली पडणारे फळ

क्रिडांगणावर घरंगळत जाऊन चेंडूचे थांबणे

अणुकेंद्रातील कणांना एकत्र ठेवणे

अणु रेणू यांना एकत्र ठेवणे

उपग्रहांची गती

न्युटनचा गुरुत्वाकर्षणाचा नियम (Newtons Laws of gravitiation);- एका पदार्थाने दुस-या पदार्थावर प्रयुक्त केलेले गुरुत्व बल हे त्या पदार्थाच्या वस्तुमानांच्या गुणाकाराच्या समानुपाती व त्या पदार्था मधील अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्तानुपाती असतो.
दोन पदार्थाचे वस्तुमान m1 व m2 पदार्थातील अंतर D आकर्षण बल F या ठिकाणी G हा स्थिरांक असून त्यास गुरुत्व स्थिरांक (Gravitinal constant) म्हणतात. यास्थिरांकाचे मुल्य 6.67 X 10 -11 Nm2/kg2 (न्यूटन मीटर वर्ग प्रती किलोग्रॅम वर्ग)
गुरुत्वाकर्षणामुळेंद्र पृथ्वीभोवती फिरतो किंवा पृथ्वी सूर्याभोवती फिरते.

घनता (Density)
पदार्थ घनता (Kg/m3) ग्रॅम/ सेंटि पदार्थ घनता(Kg/m3) ग्रॅम/सेंटि
इरिडीयम

प्लॅटिनम

सोने

शिसे

चांदी

तांबे

पितळ

लोखंड /पोलाद

कथिल

जस्त

ओतीव लोखंड

शुध्द पाणी

मलई नकाढलेले दुध

अल्कहोल

पेट्रोल
२२४०० २२.४

२१५०० २१.५

१९३०० १९.३

११३०० ११.३

१०५०० १०.५

८९०० ८.९

८५०० ८.५

७८०० ७.८

७३०० ७.३

७१०० ७.१

७००० ७.०

१००० १.००

१०२८ १.०२८

८०० ०.८

७१० ०.७१
ऍल्युमिनिअम

संगमरवर

ग्रॅनाइट

काच

चिनीमाती

मेण

बर्फ

सागाचे वाळलेल लाकूड

पारा

सल्फ्युरीक ऍसिड

समुद्राचे पाणी

मलई काढलेले दुध

मशिनचे तेल

इतर
२७००

२७०००

२६००

२५००

२३००

९००

९००

४८०

१३६००

१८००

१०३०

१०३०

९००

७३०
२.७

२.७

२.६

२.५

२.३

०.९

०.९

०.४८

१३.६

१.८

१.०३

१.०३२

०.९

०.७३

उर्जा (Energy)

एखाद्या पदार्थात असलेली कार्य करण्याची क्षमता म्हणजेच त्या पदार्थाची ऊर्जा होय.
MKS पध्दतीत ऊर्जा ज्युल या एककात मोजतात तर CGS पध्दतीत अर्ग हे ऊर्जेचे एकक होय. कार्या प्रमाणे ऊर्जा ही सुध्दा अदिश राशी आहे.
निसर्गामध्ये ऊर्जेची यांत्रिक ऊर्जा, रासायनिक ऊर्जा, ऊष्णता ऊर्जा, प्रकाश ऊर्जा, ध्वनी ऊर्जा, आण्विक ऊर्जा इ. विविध रुपे आढळतात.
यांत्रिक ऊर्जा दोन प्रकारात आढळून येते. १) गतिज ऊर्जा २) स्थितिज ऊर्जा

१) गतिज ऊर्जा (kinetic Enregy);-

गतिमान अवस्थेनुळे पदार्थात असणा-या ऊर्जेला गतिज ऊर्जा असे म्हणतात. उदा.- १) गतिमान मोटारीचे ब्रेक दाबले असता मोटार थोडी पुढे जाते. २) हातोड्याच्या साह्याने खिळा ठोकणे. ३) बंदुकीची गोळी गतिज ऊर्जे मुळे दुस-या वस्तुवर घुसते. ४) वाहते पाणी इ. वस्तुमान (m) असणारा पदार्थ, (V)एक समान वेगाने गतिमान असल्यास त्याची गतिज ऊर्जा पुढील सूत्राने मिळते.

२) स्थितिज ऊर्जा (Potential Energy);-

एखाद्या संस्थेतील निरनिराळ्या घटकांच्या परस्पर सापेक्ष स्थितीमुळे व त्या घटकांमधिल अन्योन्य क्रियेमुळे त्या संस्थेत जी ऊर्जा सामावलेली असते, तिला त्या संस्थेची स्थितिज ऊर्जा असे म्हणतात. स्थितिज ऊर्जेची काही उदा.-

१) घड्याळाची गुंडाळलेली स्प्रींगमध्ये स्थितिज ऊर्जा असते.

२) दोरी ताणलेले धनुष्यामध्ये स्थितिज ऊर्जा असते

३) बॉम्बमध्ये भरण्यात येणारे स्फोटके मिश्रणात रासायनिक स्थितिज ऊर्जा सामावलेली असते.

४) धरणातील पाण्याच्या प्रचंड साठ्यात स्तितिज ऊर्जा असते

स्थितिज ऊर्जा (P.E.) = mgh

कार्य आणि ऊर्जा यांचा संबंधः-

एक वस्तु जेव्हा दुस-या वस्तुवर कार्य करते त्यावेळी कार्य करणा-या वस्तुची ऊर्जा कमी हो५ते आणि ज्या वस्तुवर कार्य होते त्या वस्तुला तेवढीच ऊर्जा प्राप्त होते. ही ऊर्जा कोणत्याही स्वरुपात असते. उदा.- धरणातील पाण्याच्या गतिज ऊर्जेचे रुपांतर विद्युत ऊर्जेत केले जाते. (कोयनानगर)

या विद्युत ऊर्जेचे रुपांतर गतिज ऊर्जेत होते. उदा.- विजेवर चलणारी आगगाडी, विजेवर चालणारे पंखे, कारखाण्यातील यांत्रे
विद्युत ऊर्जेचे प्रकाश ऊर्जेत उदा.- विजेचा बल्ब, ट्युबलाईट इ.
विद्युत ऊर्जेचे उष्णता ऊर्जेत उदा.-विजेचा हिटर, इस्त्री, गिझर इ.
विद्युत ऊर्जेचे ध्वनी ऊर्जेत उदा.- विद्युत घंटा, रेडिओ इ.
विद्युत ऊर्जेचे प्रकाश ऊर्जेत उदा.- विद्युत विघटन, विद्युत विलेपन
औष्णिक विद्युत केंद्रात ऊष्णतेचे रुपांतर विद्युत ऊर्जेत केले जाते.
तारापुर येथे आण्विक विद्युत केंद्रात आण्विक ऊर्जेचे विद्युत ऊर्जेत रुपांतर केले जाते.
बॉम्बचा स्फोट होतो तेव्हा त्यामधील रासायनिक ऊर्जेचे उष्णता, प्रकाश, ध्वनी, यामध्ये रुपांतर होते.

ऊर्जा अक्षय्यतेचा नियम ( Law of conservation of energy );-

उर्जेची निर्मिती किंवा नाश होवू शकत नाही. एका प्रकारच्या उर्जेचे दुस-या प्रकारच्या ऊर्जेत रूपांतर करता येते. तथापि, विश्वामधील एकूण ऊर्जा सदैव अक्षय राहते.

शक्ती (Power )

शक्ती – कार्य करण्याच्या दरास शक्ती म्हणतात.

व्यवहारामध्ये शक्ती मोजण्यासाठी १ किलोवॅट (kw) या मोठ्या एककाचा उपयोग केला जातो. १ किलोवॅट = १००० वॅट = १००० ज्युल / सेकंद
CGS पध्दतीत शक्तीचे एकक अर्ग / सेकंद आहे. स्थापत्यशास्त्रामध्ये शक्ती मोजण्यासाठी अश्वशक्ती ( Horse Power ) या एककाचा वापर प्रचलित आहे. १ अश्वशक्ती = ७४६ वॅट
कार्य व ऊर्जा याप्रमाणे शक्ती सुध्दा अदिश राशी आहे. म्हणून शक्ती = बल X वेग (p = f v)

दाब (Pressure)

भौतिक शास्त्रात दाब ही संकल्पना द्रव व वायू या प्रवाही पदार्थाबाबत वापरण्यात येते.
एकक क्षेत्रफळाच्या पृष्ठभागावर लंब दिशेने क्रिया करणा-या बलाच्या परिणामाला त्या पृष्ठ भागावरील दाब असे म्हणतात.
दाबामधील बदल दर्शविण्यासाठी दाबमापी (बॅरोमीटर ) हे साधे व सोपे उपकरण वापरतात.
द्रवातील कोणत्याही बिंदुवरील दाब त्या बिंदुच्या द्रवातील खोलीवर अवलंबून असतो.

दाबाच्या पारषणाचा पास्कलचा नियम –

बंदिस्त द्रवाला लावलेला दाब हा कमी न होता द्रवाच्या प्रत्येक भागावर सारखाच पारेषित होतो. यालाच पास्कलचा दाब पारेषणाचा नियम म्हणतात.
व्यवहारात या नियमांवरून द्रविक दाबयंत्र (Hydraulic press) व द्रविक ब्रेक्स (Hydraulic Breaks ) यांचे कार्य चालते.

वातावरण व त्याचा दाब

पृथ्वीच्या सभोवतालच्या हवेच्या आवरणाला पृथ्वीचे वातावरण असे म्हणतात. हवेला वजन असल्याने हवा पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर दाब निर्माण करते. हा दाब म्हणजेच वातावरणाचा दाब होय.

वातावरणाचा दाब दर्शविणारी काही उदाहरणे –

१. शितपेये पिताना वापरले जाणा-या स्ट्रॉमध्ये द्रव खेचला जाणे

२. दौतीतून ड्रॉपरने शाई खेचणे.

३. पाण्याने काठोकाठ भरलेला पेला पुठ्ठा लावून उपडा केला तरी पाणी खाली पडत नाही.

पा-याचा हवा दाब मापी (Mercury Barometer ) –

वातावरणाचा दाब ह पा-याच्या स्तंभाच्या उंचीने दर्शवितात. समुद्रसपाटीवर वातावरणाचा दाब ७६ सेमी उंचीच्या पा-याच्या स्तंभाने दिलेल्या दाबाएवढा असतो. ०० C तापमानाला ७६ सेमी उंची असलेल्या पा-याच्या स्तंभाने दिलेला दाब म्हणजेच एक वातावरण दाब होय (g = 9.8 cm / s 2) . पा-याच्या स्तंभाची उंची h= 0.76 m
o० C तापमानास पा-याची घनता p=13595 kg / m3 म्हणून १ वातावरण दाद = hpg = 1.013X105 n/m2
पारा हा पाण्यापेक्षा १३.५९५ पट जड असल्याने पा-याच्या एवजी पाणी वापरल्यास एक वातावराण दाब मोजण्यासाठी ६.७६X १३.५९५ =१०.३३ मी एवढ्या उंचीचा जलस्तंभ लागेल

आर्किमिडीजचे तत्व

कोणताही पदार्थ कोणत्याही द्रवात अंशतः अथवा पुर्णतः बुडविला असता त्याचे वजन कमी होते. त्याच्या वजनात येणारी तुट ही त्याच्या द्रवव्याप्त भागाने उत्सारलेल्या द्रवाच्या वजनाएवढी असते.
पदार्थ द्रवात बुडविला असता द्रवाच्या दाबामुळे पदार्थावर क्रिया करणारे बल उर्ध्वगामी असते. या उर्ध्वगामी बलाला द्रवामुळे क्रिया करणारे प्लावकबल अथवा उत्प्रणोद म्हणतात. द्रवाच्या या गुणधर्माला प्लावकता म्हणतात. यावरून आर्किमिडीजचे तत्व खालीलप्रमाणे मांडतात.
कोणताही पदार्थ द्रवात अंशतः अथवा पुर्णतः बुडालेला असता तो, द्रव्यव्याप्त भागाने उत्सारलेल्या द्रवाच्या वजनाएवढ्या बलाने, वरच्या बाजूस प्लावित केला जातो.
आर्किमिडीजच्या तत्वानुसार अद्रावणीय व पाण्यापेक्षा हलक्या पदार्थाची घनता काढता येते.
पाण्यात द्रावणीय अशा स्थायू पदार्थाची घनता काढतांना पदार्थ ज्या द्रवात विरघळत नाही असा द्रव वापरावा लागतो.

तरणाचा नियम –

तरंगणा-या वस्तुचे वजन तिच्या द्रवव्याप्त भागाने विस्थापित केलेल्या द्रवाच्या वजनाएवढे असते. यालाच तरणाचा नियम म्हणतात.
लोखंडाची घनता पाण्याच्या घनतेपेक्षा जास्त असल्याने लोखंडी तुकडा पाण्यात बुडतो. परंतु तोच लोखंडी तुकडा पा-यावर तरंगतो कारण पा-याची घनता लोखंडापेक्षा जास्त असते.

चुंबक

चुंबकाचे गुणधर्म –

१. लोखंडी चुरा किंवा लोखंडाचे चुंबकाकडे आकर्षण असते.

२. चुंबक हवेत मोकळा टांगून ठेवला असतो तो नेहमी दक्षिणोत्तर स्थिर राहतो.

३. दक्षिणेकडे स्थिर असणा-या टोकास दक्षिण ध्रुव व उत्तरेकडे असणा-या स्थिर बाजूस उत्तर ध्रुव म्हणतात.

४. चुंबकाच्या ज्या भागात सर्वात जास्त आकर्षण असते ते भाग बिंदूंनी दाखवून त्यांना कल्पित ध्रुव मानतात. कल्पित ध्रुव जोडणा-या रेषेस चुंबकीय अक्ष म्हणतात.

५. केवळ एकच ध्रुव असलेला चुंबक मिळविणे अशक्य आहे.

६. चुंबक तुटल्यास तुटल्याजागी विरूध्द ध्रुव निर्माण होतात.

७. चुंबकाच्या विजातयीय ध्रुवामध्ये आकर्षण असते तर सजातीय ध्रुवामध्ये प्रतिकर्षण असते. प्रतिकर्षण हीच चुंबकाची खरी कसोटी मनतात. चुंबकीय क्षेत्र- जेव्हा एखादी सुची चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रभावाने विचलित होत असेल तर चुंबकसुई उत्तर ध्रुव हा चुंबकीय क्षेत्राची दिशा दर्शविते.

८. विद्युत वाहकातून प्रवाह जातांना चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते ही गोष्ट प्रथम ओरस्टेड या शास्त्रज्ञाने दाखवून दिली. चुंबकीय क्षेत्राची दिशा विद्युत धारेच्या दिशेवर अवलंबून असते.

चुंबकाचे दोन प्रकार करता येतात.

१. स्थायी चुंबक – ज्या प्रवर्तित चुंबकात चुंबकीय गुणधर्म दिर्घकाळ टिकतात अशा चुंबकांना स्थायी चुंबक म्हणतात. हे चुंबक पोलादासारख्या पदार्थापासून तयार केलेले असतात. अलिकडे स्थायी चुंबक तयार करण्यासाठी अल्निको (Alnico) हा ऍल्युमिनिअम, निकेल, कोबाल्ट व लोखंड यांच्या मिश्रणापासून बनविलेला मिश्र धातू वापरला जातो.

२. स्थायी चुंबक – ज्यांचे चुंबकीय गुणधर्म अल्पकाळ टिकतात ज्यांना अस्थायी चुंबक म्हणतात. अस्थायी चुंबक मृदू लोखंडापासून तयार केले जाते.

३. विद्युत चुंबक – मऊ लोखंडी तुकड्यांभोवती तारेचे वेटोळे घालून त्यातून विद्युतधारा प्रवाहित केल्यास लोखंडी तुकड्यात चुंबक तयार होते. अशा चुंबकास विद्युत चुंबक असे म्हणतात. याचा उपयोग विद्युतधारा निर्मित चुंबकीय क्षेत्रात वाढ करण्यास होतो.

चुंबकाचे उपयोग – विशिष्ट साधनात चुंबकाचा उपयोग केला जातो. उदा – विद्युत घंटा, खलाशाचे होकायंत्र, चुंबकीय सुरूंग, तारायंत्र दूरध्वनी आणि ध्वनीवर्धक आहे.

पृथ्वी एक चुंबक (Earth as megnet)-

पृथ्वी स्वःताच एका मोठ्या चुंबकाप्रमाणे वागते व या पृथ्वी चुंबकाचा दक्षिण ध्रुव भौगलिक उत्तर दिशेने आणि पृथ्वी चुंबकाला उत्तर ध्रुव भौगोलिक दक्षिण दिशेकडे असतो.

या परिणामामुळे चुंबकसूची केव्हाही दक्षिणोत्तर स्थिर होते.
आधन उपयोग
विद्युत घंटा

खलाश्याचे होकायंत्र

चुंबकीय सुरुंग

दूरध्वनीतील माउथपीस

तारायंत्र

विद्युत मोटार

चुंबकीय क्रेन

लाउडस्पीकर

गॅल्व्होनोमीटर

व्होल्टमीटर

मल्टीमीटर
विद्युतमंडळ जुळणे व भग्न होणी ही योजना

दिशादर्शक म्हणून

रणगाड्यांचा विध्वंस करण्याकरिता

ध्वनी ऊर्जेचे विद्युत ऊर्जेत रुपांतर करणे

मोर्सच्या सांकेतिक भाषेत संदेश पाठविण्यासाठी

यंत्रना गती देणे

लोखंडी यंत्रे व इतर अवजड वस्तुंची चढउतार करणे

तीव्रता वाढवोलेल्या प्रवाहाचे ध्वनीमध्ये रुपांतर करुन मोठा आवाज प्रक्षेपीत करणे.

विद्युत धारेचे अस्तित्व ओळखणे

विद्युत विभवांतर मोजणे

विद्युतधारा, विभवांतर, रोध आदि विजेच्या परिमाणांचे मापन करणे.

चुंबकीय पदार्थ – जे पदार्थ चुंबकीय क्षेत्रात ठेवले असता त्यांच्यात प्रवर्तनाने चुंबकीय गुणधर्म उतरवतात अशा सर्व पदार्थांना चुंबकीय पदार्थ म्हणतात. उदा.- लोखंड, कोबाल्ट, पोलाद, निकेल यांसारखे पदार्थचुंबकीय पदार्थ होत.
क्युरी तापमान – ज्या तापमानाला चुंबकाचे चुंबकत्व नष्ट होते त्या तापमानाला क्युरी तापमान असे म्हणतात.

धारा विद्युत (Current Electricity)

विद्युत धारा निर्मान होण्यासाठी दोन गोष्टी आवश्यक असतात.

१) त्या ठिकाणी इलेक्ट्रॉनचा मुक्तप्रवाह चालू असला पाहीजे.

२) त्या ठिकाणी इलेक्ट्रॉनांना विशिष्ट दिशेने प्रवाहीत होण्यासाठी विद्युत क्षेत्र असणे आवश्यक आहे.(PSI पुर्व परिक्षा २००९)

धारा विद्युत निर्मिती – रासयनिक ऊर्जा, औष्णिक ऊर्जा, अणुकेंद्रकीय ऊर्जा, प्रकाश व ध्वनी ऊर्जा अह्सी अनेक रुपे आहेत. एका ऊर्जेचे दुस-या ऊर्जेत रुपांतर करता येते. ऊर्जेचे भिन्न रुपाचे विद्युत ऊर्जेत रुपांतर करण्याच्या योजनांना विद्युतधारा निर्मितीची साधाने म्हणतात.
विद्युत घट

१) व्होल्टाचा साधा विद्युत घट, डॅनिअलचा विद्युत घट, लेक्लाशेचा विद्युत घट, निद्रव विद्युत घट आणि दुय्यम विद्युत घट या विद्युत घटांमध्ये रासायनिक ऊर्जेचे रुपांतर विद्युत ऊर्जेत होते.

२) विद्युत जनित्र (Electric Dynamo)- या साधनात यांत्रिक उर्जेचे रुपांतर विद्युत ऊर्जेत होते.

३) प्रकाश विद्युत घट (Photo Electric)- या घटात प्रकाश ऊर्जेचे रुपांतर विद्युत ऊर्जेत होते. उदा.- सौरघट

विद्युत जनित्र – यांत्रिक ऊर्जेचे रुपांतर विद्युत ऊर्जेत करणा-या साधनाला विद्युत जनित्र(Electric Dynamo) म्हणतात. विद्युत जनित्रात नरम लोखंडावर गुंडाळलेल्या तांब्याच्या तारेचे वेटोळे प्रबल चुंबकाच्या दोन ध्रुवांमध्ये फिरते ठेवण्यासाठी योजना असते. वेटोळे फिरतांना त्या्च्या तारेत विद्युत मंडळ पूर्ण होऊन प्रवर्तित धारा उत्पन्न होते.
विद्युत जनित्राचे वेटोळे फिरवण्यासाठी लागणारी यांत्रिक ऊर्जा भिन्न प्रकारे उपलब्ध करता येते.

१) उंचावर साठवलेल्या पाण्यातील गुरुत्वीय ऊर्जा वापरुन विद्युत निर्मिती केली जाते. अशा केंद्राला जलविद्युत केंद्र म्हणतात.(Hydro electric power)

२) औष्णिक विद्युत (Thermal plower) दगडी कोळसा व खनिज तेल यांच्या ज्वलनाने रासायनिक ऊर्जेचे उष्णता ऊर्जेत रुपांतर करतात. या प्रचंड औष्णीक ऊर्जेने पाण्याची वाफ करुन त्याद्वारे बाष्प चक्र(Steam turbines) गतिमान करतात. त्यापासुन विद्युत जनित्र गतिमान करुन विद्युतनिर्मिती होते. दगडी कोळशाच्या ज्वलनापासून निर्माण केलेल्या औष्णिक ऊर्जेचा वापर करुन विद्युत ऊर्जा निर्मान करणा-या विद्युत केंद्राला औष्णिक विद्युत केंद्र (Thermal Power Station) म्हणतात.

३) अणु इंधनाचा उपयोग करुन विद्युत निर्मिती – अणूभट्टीत (Nuclear reactor) युरेनिअम या किरणोत्सारी मूलद्रव्याने विखंडनकरुन या अणुकेंद्रीय ऊर्जेपासुन प्रचंड उष्णता ऊर्जा मिळते. या उष्णतेने पाण्याची वाफ करुन तिच्या साह्याने विद्युत जनित्र गतिमान करुन विद्युत निर्मिती करतात. अणुकेंद्रकाची ऊर्जेचा वापर करुन विद्युत ऊर्जा निर्माण करणा-या केंद्राला न्युक्लीय विद्युत केंद्र (Nuclear Power Station) म्हणतात.

४) प्रकाश ऊर्जेच विद्युत ऊर्जेत रुपांतर–

सौर्घटाद्वारे ((Solar Cell))प्रकाश ऊर्जेचे रुपांतर विद्युत ऊर्जेत केले जाते. सौर विजेरीचा उपयोग कृत्रिम उपग्रहात व अवकाश याणांमध्ये विद्युतयंत्रना विद्युत पुरवठा करण्यासाठी करतात.

रासायनिक उर्जेचे विद्युत ऊर्जेत रुपांतरन होतांना दिष्ठ विद्युत धारा ( डायरेक्ट करंट किंवा डी.सी निर्माण होते ही विद्युत धारा एकाच दिशेने वाहते.
यांत्रिक ऊर्जेचे विद्युत धारेत रुपांतरण होतांणा प्रत्यावर्ती विद्युत धारा(अल्टरनेटींग करंट किंवा ए.सी.) निर्माण होते. ही विद्युत धारा ठराविक कालावधीनंतर वहनाची दिशा बदलते. उदा – भारतात ए. सी. मुख्य तारांची वारंवारिता ५० हर्टझ प्रति सेकंद इतकी असते.
प्रत्यावर्ती होल्टेज मिळविण्यासाठी ट्रान्सफार्मरचा उपयोग करतात.
ए. सी. चे डी. सी. मध्ये रूपांतर करण्यासाठी रेक्टीफायर हे उपकरण वापरतात.
डी. सी. चे ए. सी. मध्ये रूपांतर करण्यासाठी ऑस्सीलेटर हे उपकरण वापरतात.
घरगुती वापराच्या विजेचे परिणामकार्क व्होल्टेज नेहमी २२० असते.
पृथ्वीवरील एकूण विभव नेहमी शून्य असतो.

उपकरकण – चुंबकीय परिणामाचा प्रकार उपकरण

दूरध्वनी – चुंबकीय परिणाम

विद्युत दिवा – प्रकाशिय परिणाम

पंखा - यांत्रिक परिणाम

गिझर - उष्णता जनक परिणाम

विद्युत संचायक - रासायनिक परिणाम

तापमापी –

पदार्थाचे तापमान मोजण्यासाठी तापमापी वापरतात. पा-याच्या तापमापीचा जास्त प्रमाणात उपयोग करतात.
पा-याचा गोठणांक = -३९ अंश सेल्सिअस आणि पा-याचा उत्कलनांक -३५७ अंश सेल्सिअस
पा-याचे प्रसरण एकसमान आहे. पारा उष्णतेचा सुवाहक आहे. पारा काचेस चिकटत नाही.
पारा अपारदर्शक असून चकाकणारा असल्याने काचेतून सहज दिसतो.
तापमानात थोडीशी जरी वाढ झाली तरी त्याचे प्रसरण लक्षात येण्यासारखे असते.
-३९ अंश सेल्सिअस पेक्षा तापमान मोजण्यासाठी अल्कोहोल तापमापीचा उपयोग करतात. अल्कोहोलचा गोठणांक -१७ अंश सेल्सिअस असतो.
-४० अंश सेल्सिअसला फॅरनहाईट व सेंटिग्रेड सारखेच असते.
३६७ अंश सेल्सिअसच्या वरचे तापमान मोजण्यासाठी (उच्च तापमान) विद्युत तापमापीचा उपयोग करतात.
सर्वसाधारण निरोगी माणसाचे तापमान सामान्यपणे ३६.९ अंश सेल्सिअस असते.
सेल्सिअसचे फॅरनहिट तापमानात रूपांतर 0C = 5 /9 (F – 32) या सुत्राने करतात.

प्रकाश (Light )

पूर्ण आंतरिक परावर्तन –

जेव्हा आपाती कोनाची किंमत क्रांतिक कोनापेक्षा जास्त असते तेव्हा अपवर्तन कोन त्या प्रमाणात वाढायला पाहिजे परंतु अपवर्तन कोनाचे माप ९० पेक्षा जास्त असणे शक्य नाही म्हणून या दिशेने येणा-या प्रकाशाचे त्याच माध्यमात परावर्तनाच्या नियमानुसार संपूर्णतः परावर्तन होते यास पूर्ण आंतरिक परावर्तन म्हणतात. उदा- काजळीचा थर दिलेला धातूचा गोळा पाण्यात टाकला असतांना तो पूर्ण आंतरिक परावर्तनामुळे चांदीसारखा चकचकीत दिसतो, हिरा चकाकणे व ऑप्टीकल फायबर.

आकाश निळे का दिसते ? – सूर्यकिरण पृथ्वीच्या वातावरणात प्रवेश करतात त्यावेळी वातावरणातील अतिसूक्ष्म कणावर ते पडतात. आणि त्यांचे सर्व दिशांना विकिरण होते. सूर्यप्रकाशात सात रंग मिसळलेले आहेत. त्यातील निळ्या आणि जांभळ्या या रंगाचे इतर रंगापेक्षा मोठ्या प्रमाणावर विकिरण होते. पृथ्वी पृष्ठभागापर्यंत पोहचत असताना अधिक विकीरणामुळे जांभळा रंग नष्ट होतो व आपल्या डोक्यापर्यंत फक्त निळा रंग येऊन पोहोचतो त्यामुळे आकाश निळे दिसते.
सूर्योदय, सूर्यास्तावेळी आकाश तांबडे दिसते – सूर्योदय, सूर्यास्तावेळी सूर्यकिरणांना पृथ्वीवर येण्यासाठी जास्त अंतर कापावे लागते म्हणजे ते जास्त वेळ वातावरणात राहतात. अशावेळी जांभळ्या व निळ्या रंगाचे अति विकिरण होते व ते नष्ट होतात. तांबडा रंग आपल्या डोक्यापर्यंत पोहोचतो.
मृगजळ – वाळवंटामध्ये मृगजळ दिसते. कडक उन्हाने जमिनीलगतच्या हवेचा थर तापतो. त्यामानाने हवेचा वरचा थर थंड व जाड असतो. प्रकाश किरण कमी अधिक विरल थरातून जातांना त्यांचे अपवर्तन होत राहते. एका विशिष्ट ठिकाणी हा कोन हवेच्या दोन थरांतील क्रांतिक कोनापेक्षा जास्त असल्यास किरणांचे संपूर्ण अंतर्गत परावर्तन होते. त्यामुळे झाडाची उलटी प्रतिमा दिसते. उलट्या प्रतिमा फक्त पाण्यातच दिसतात. त्यामुळे त्या ठिकाणी पाणी असल्याचा भास होतो. याला मृगजळ म्हणतात.

ध्वनी (Sound)

ध्वनीच्या प्रसारणासाठी माध्यमाची आवश्यकता असते. हे माध्यम स्थायू, द्रव किंवा वायूरुप असू शकेल
ध्वनीचे प्रसरण तरंगत्या रुपात होते. तरंगाचे दोन प्रकार पडतात.

१. अवतरंग (Transverse Waves )

२. अनुतरंग (Longitudinal Wawes )
अवतरंग – या प्रकारच्या तरंगातील माध्यमातील कणांची हालचाल तरंगाच्या प्रसारण दिशेशी काटकोन करते. अशा तरंगांना अवतरंग म्हणतात. यांचे वहन स्थायू पदार्थातून होते. उदा – तंतूवाद्य, सतार, गिटार, तंबोर

अनुतरंग – अनुतरंगात माध्यमातील कंप पावणा-या कणांची हालचाल तरंगाच्या प्रसरणाच्या दिशेशी समांतर दिशेने होते. यांचे वहन स्थायू, द्रव व वायू या तिघांतूनही होते. उदा – घंटा नाद .

अनुतरंगातील माध्यमातील स्तरांचे संपिडन आणि विरलन होऊन तरंगाचे प्रसारण होते.
ध्वनी उर्जेचे प्रसारण दोन्ही (अवतरंग व अनुतरंग) तरंगांनी होवू शकते.
हवेमध्ये ध्वनी उर्जेचे एका ठिकाणापासून दुस-या ठिकाणापर्यंत होणारे प्रसारण अनुतरंगात होते.
क्रमाने येणा-या कोणत्याही दोन शिखरांमधील किंवा क्रमाने येणा-या दोन दरीमधील अंतराला त्या तरंगाची तरंगलांबी (Wave length) म्हणतात
तरंगलांबी ג ( लॅमडा) या ग्रीक अक्षराने दर्शवितात
तरंगाचा आवर्ती काल T अक्षराने दाखवितात.
वस्तु एका सेकंदात जितकी कंपने किंवा दोलने करते त्या संख्येला त्या तरंगाची वारंवारता म्हणतात. तरंगाची वारंवारता (न्यु) या ग्रीक अक्षराने दर्शवितात. किलो हर्टझ मेगा हर्टझ
हर्टझ (Hz) हे वारंवारतेचे एकक आहे. 1k Hz = 1000Hz, 1MHz = 106

१. श्राव्य ध्वनी (Sonic Sound) – २० Hz ते २०००० Hz दरम्यान वारंवारता असलेले ध्वनीतरंग आपण एकू शकातो. अशा आवाजांना श्राव्य ध्वनी असे म्हणतात.

२. श्राव्यातील ध्वनी – (Ultra Sonic Sound) – २०००० Hz पेक्षा जास्त वारंवारता असणा-या आवाजांना श्राव्यातील ध्वनी म्हणतात. मानव श्राव्यातील ध्वनी एकू शकत नाही परंतु कुत्रा, मांजर, चिमणी वटवाघुळ, डॉल्फिन मासा श्राव्यातील ध्वनी ऐकू शकतात. वटवाघुळ एक लाख हर्टझ पर्यंतचा आवाज ऐकू शकतात. वटवाघुळ एक लाख हर्टझ पर्यंतचा आवाज ऐकू शकते.

३. अश्राव्य ध्वनी – (Infra Sonic Sound) – २५ हर्टझ पेक्षा कमी वारंवारता असणा-या ध्वनीला अश्राव्य ध्वनी म्हणतात.

भूकंपाच्या वेळी पृथ्वीच्या आतल्या गाभ्यात होणा-या लहरी या प्रकारच्या असतात.
ध्वनीची तीव्रता मोजण्यासाठी डेसिबल हे एकक वापरतात. (PSI पूर्व परीक्षा २००९)
मानवी श्रवण यंत्रणा साधारणपणे ८० डेसिबल पर्यंत एवढीच आहे. व त्यापुढील आवाज गोगांट ठरतो.

संभाषणासाठी - ६० डेसिबल

मोटारगाड्या - ७५ डेसिबल

मोटारसायकल - ८० ते ८५ डेसिबल

रेल्वे इंजिन - ९० ते ९५ डेसिबल

जेट विमान – १४० ते १५० डेसिबल

अग्निबाणाचा (रॉकेट) आवाज २० मैलापर्यंत ऐकू जातो. सामान्य माणूस १०५ डेसिबल तिव्रतेचा आवाज एक तासापेक्षा जास्त काळ सहन करू शकत नाही.
ध्वनी प्रदूषण – ध्वनी प्रदूषणामुळे आम्लपित्त, ऍसिडिटी, चिडचिडेपणा व भय हे आजार उदभवतात. ध्वनीच्या संपर्काने एकाग्रता कमी होते. डोके जड होते. ह्रदयाची स्पंदने वाढतात.
१९८५ मध्ये मुंबईत ध्वनीप्रदूषण रोखण्यासाठी एक समिती नेमण्यात आली होती.

ध्वनीचा वेग –

ध्वनीचा हवेतील वेग ० अंश सेल्सिअस तापमानास ३३१m /s आहे.

ध्वनीचे परावर्तन (Reflection of sound)

प्रतिध्वनी (Echo) हे ध्वनीच्या परावर्तनाचे सर्वज्ञात उदाहरण आहे.
जेव्हा मुळ ध्वनी व परावर्तित ध्वनी स्वतंत्रपणे ऐकू येतात तेव्हा त्या ऐकू येणा-य परावर्तित ध्वनीला प्रतिध्वनी म्हणतात.
एखाद्या ध्वनीचा मनुष्याचा कानावर झालेला परिणाम फक्त १/१० सेकंद टिकून राहू शकतो.
त्यामुळे मूळ ध्वनी व त्याचा प्रतिध्वनी स्पष्ट ऐकू येण्यासाठी त्यांच्यातील कमीत कमी काल १/१० सेकंद असला पाहिजे.
ध्वनीचा हवेतील सर्वसाधारणपणे वेग ३४० m/s आहे. यावरून ध्वनी १/१० सेकंदात १/१० X ३४० = ३४ मी जातो.
मूळ धनी व प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी कमीत कमी अंतर १७ मी. असावे.
प्रतिध्वनीच्या उपयोगाद्वारे वटवाघळे, डॉल्फिन अंधारात मार्गक्रमण करू शकतात.
प्रतिध्वनी या घटनेचा वापर SONAR (Sound Navigation and Ranging) पध्दतीत करतात. या तंत्राने पाण्याची खोली मोजता येते.

डॉप्लर परिणाम (Doppler Effect)

डॉप्लर परिणाम हे निरीक्षक व ध्वनी निर्माण करणारे स्त्रोत यांच्या सापेक्ष गतीमुळे ध्वनी लहरीमधील होणारा बदलाचा परिणाम असतो. डॉप्लर परिणामाचे उत्तम उदाहरण म्हणजे आपण फ्लॅटफॉर्मवर उभे असतांना स्टेशनकडे वेगात येणा-या गाडीने शिट्टी वाजवली तर शिट्टीच्या ध्वनीचा स्तर वाढतो आणि ती स्टेशनपासून दूर जातांना ध्दनीचा स्तर कमी होऊ लागतो.
डॉप्लर परिणामांचा खगोलशास्त्रामध्ये उपयोग होतो. एखादा तारा पृथ्वीच्या जवळ येत आहे किंवा दूर जात आहे याचा शोध घेण्यासाठी हा सिध्दांत उपयोगी पडतो.
रडारमध्येही या डॉप्लर परिणामांचा उपयोग केला जातो.

कोणत्याही टिप्पण्‍या नाहीत:

टिप्पणी पोस्ट करा