बल

स्थिर वस्तूला गतिमान करण्यासाठी किंवा गतिमान वस्तु थांबवण्यासाठी बल आवश्यक असते. वस्तूची गती किंवा गतीची दिशा बदलण्यासाठी बलाचा उपयोग होतो. बलामुळे वस्तूचा आकारही बदलू शकतो.  

बलामुळे आपण वस्तूला आपण गतिमान करू शकतो किंवा गतिमान वस्तूला थांबवू शकतो.  बल ही दोन वस्तूंमधील आंतरक्रिया आहे. वास्तविक बल दृश्यस्वरूपात नसते पण बलाचे परिणाम आपण पाहू शकतो. 

निसर्गात आढळणाऱ्या आणि परस्परांपासून भिन्न असणाऱ्या सर्व बलांचे 4 मुख्य गटात वर्गीकरण करता येते.
०१. गुरुत्व बाल
०२. विद्युत चुंबकीय बाल
०३. केंद्रकीय बल
०४. क्षीण बल

गुरुत्वबल (Gravitational Force)
सफरचंद खालीच का पडले ? या प्रश्नाच्या उत्तराच्या शोधात न्यूटन यांनी गुरुत्वबलाचा शोध घेतला. 

न्यूटनच्या म्हणण्यानुसार विश्वातील प्रत्येक वस्तु दुसऱ्या वस्तूला स्वत:कडे ओढते. या प्रकारे प्रयुक्त आकर्षणबलास 'गुरुत्वबल'असे म्हणतात.

हे बल परस्परांकडे आकर्षित होणार्‍या दोन वस्तूंच्या वस्तुमानावर अवलंबून असते. ओढणार्‍या वस्तूंचे वस्तूमान जास्त असेल तर बलाचे परिमाणही जास्त असते. 

एखाद्या वस्तूवर समान अंतरावर पृथ्वीचे गुरुत्वबल हे चंद्राच्या गुरुत्वबलापेक्षा अधिक असते. कारण चंद्राचे वस्तुमान पृथ्वीच्या वस्तुमानापेक्षा कमी असते. 

गुरुत्वबल दोन वस्तूंमधील अंतरावरदेखील अवलंबून असते. जर दोन वस्तूंमधील अंतर कमी असेल तर त्यांच्यातील गुरुत्वबल जास्त असते. 

न्यूटनचा गुरुत्वाकर्षणाचा नियम असे सांगतो की विश्वातील कोणत्याही दोन वस्तु कोठेही असल्या तरी त्यांच्या परस्परांना आकर्षित करणारे गुरुत्वबल प्रयुक्त असते. हे बल त्या वस्तूंच्या वस्तुमानाच्या गुणकाराशी समानुपाती व वस्तूंमधील अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्तानुपाती असते.
F=G m1 m2 /r2 G = विश्वगुरुत्व स्थिरांक
SI पद्धतीत G = 6.67 × 10-11 Nm2/kg2
CGS पद्धतीत G = 6.67 × 10-8 dyne.cm2/g2 

पृथ्वीचे गुरुत्व त्वरण
एखादी वस्तु विशिष्ट उंचीवरून हवेतून खाली सोडली तर ती सरळ खाली येते. खाली येताना वेग वाढतो. याचा अर्थ त्याच्यात त्वरण निर्माण होते. यालाच 'गुरुत्व त्वरण' असे म्हणतात. 

पिसा येथील झुलत्या मनोर्यातवरून एकाच वेळी वेगवेगळ्या वस्तूमानाचे दगड गॅलिलियोने खाली सोडले व असा निष्कर्ष काढला की गुरुत्व त्वरण हे वस्तूच्या वस्तुमानवर अवलंबून नसते. 

गुरुत्वत्वरण हे फक्त पृथ्वीच्या वस्तुमानावर व वस्तूच्या उंचीवर अवलंबून आहे, पण वस्तूच्या वस्तूमानावर नाही.
गुरुत्व त्वरण g = 9.8 m/s2 (सरासरी)
पृथ्वीच्या त्रिज्या ध्रुवांजवळ कमी आहे. तर विषुववृत्ताजवळ जास्त आहे.
g चे मूल्य ध्रुवावर= 9.83m/s2 आहे.
g चे मूल्य विषुववृत्तावर= 9.78m/s2 आहे. 

वस्तुमान (Mass)
कोणत्याही वस्तूचे वस्तुमान म्हणजे त्यामध्ये असणारा द्रव्यसंचय होय. वस्तुमान हो अदिश राशि असून SI एकक kg आहे. वस्तुमान सगळीकडे सारखेच आहे. ते कधीही बदलत नाही. वस्तुमान कधीही शून्य होत नाही. जितके वस्तुमान जास्त, तितके जडत्वही जास्त असते. दुकानामधील तराजू फक्त वस्तुमानांची तुलना करू शकतो.

वजन (Weight)
एखाद्या वस्तूला पृथ्वी ज्या बलाने आपल्या केंद्राच्या दिशेने ओढते त्याला वस्तूचे वजन म्हणतात. वस्तूचे वजन हे वस्तूवर कार्यरत असणारे पृथ्वीचे गुरुत्वबल होय.
वजन ही सदिश राशी आहे. (w=mg)

g ची किंमत सगळीकडे सारखी नाही. त्यामुळे वजनसुद्धा सगळीकडे सारखे नाही. वस्तूचे वजन ध्रुवावर जास्तीत जास्त तर विषुवृत्तावर सर्वात कमी राहील. 

गुरुत्व बलाच्या प्रभावापासून मुक्त अवकाशयानात अंतराळवीरांना वजनरहित अवस्थेचा प्रत्यय येतो. तो वजनदार वस्तु सहज उचलू शकतो. कारण तेथे प्रत्येक वस्तूचे वजन w शून्य असते. 

मुक्तपतन
झाडाचे वाळलेले पान, पिकलेले फळ हे केवळ गुरुत्वाकर्षणामुळे खाली येतात. त्याला आपण मुक्तपतन असे म्हणतो. मुक्तपतनाच्या वेळी हवा या वस्तूला विरोध करते. कारण वस्तूचे आणि हवेचे घर्षण होते. खर्यात अर्थाने मुक्त पतन हे फक्त निर्वातातच शक्य आहे.

विद्युत चुंबकीय बल (Electromagnetic Force)
सामान्य पदार्थातील अणूंना व रेणूंना एकत्रित ठेवणाऱ्या बलास 'विद्युत चुंबकीय बल' असे म्हणतात. विद्यूत चुंबकीय बल गुरुत्वबलापेक्षा अनेक पटींनी मोठे आहे. 

हायड्रोजनच्या अनुमधील इलेक्ट्रॉन व प्रोटॉनमधील विधुत चुंबकीय बल जवळजवळ 10-7N असते. इलेक्ट्रॉन व प्रोटॉन यांच्यावर प्रयुक्त गुरुत्वबल क्रमश: जवळपास 10-41N आणि 10-34N एवढे असते. 

विद्यूतचुंबकीय बलामुळेच नुकत्याच वापरलेल्या कंगव्याने कागदाचे बारीक कपटे ओढले जातात. लोखंडी खिळ्यावर लोहचुंबकामुळे प्रयुक्त झालेले बल हा विद्यूतचुंबकीय बलाचा प्रकार आहे. आपण निसर्गातील जी बहुतांश बले अनुभवतो, ती विधुत चुंबकीय बलेच असतात. 

धनप्रभारीत आणि ऋणप्रभारीत असे दोन प्रकारचे कण विद्यूतचुंबकीय बलात भाग घेतात. स्थिर विद्यूतकण गतीमान असतील तरच चुंबकीयबल प्रयुक्त होते. विद्यूतचुंबकीय बल आकर्षणबल किंवा प्रतिकर्षणबल असे शकते. 

अणुमधील इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉन यांच्यातील परस्पर आकर्षणाला कारणीभूत बल हे विद्यूतचुंबकीय बलच असते. त्यामुळे अणूंचे अस्तित्व टिकून असते.

गुरुत्वबल आणि विद्यूतचुंबकीय बल ही दोन्ही बले दोन वस्तु बऱ्याच अंतरावर असतानासुद्धा कार्यरत असतात. या दोन्ही बलांना दीर्घमर्यादा क्षेत्र असलेली किंवा लांब पल्ल्याची बले असे म्हणतात.

केंद्रकीय बल (Nuclear Force)
अणूचे जवळजवळ सर्व वस्तूमान केंद्रकात साठवलेले असते. अणूच्या केंद्रकात असणाऱ्या वेगवेगळ्या कणांवर कार्यरत गुरुत्व किंवा विद्यूत चुंबकीय या दोन बलाव्यतिरिक्त वेगळे बल केंद्रकात कार्यरत असते. या बलाला केंद्रकीय बल असे म्हणतात.

या बलाची व्याप्ती केंद्रकापुरतीच मर्यादित असते. केंद्रकीय बल केंद्रकातील कणांना एकत्र ठेवते. 

केंद्रकीय बल अगदी लहान मर्यादा क्षेत्र असणारे बल आहे. दोन कनांमधील अंतर 10-15m पेक्षा कमी असल्यासच केंद्रकीय बल क्रिया करते. 

केंद्रकीय बलाचे परिमाण विधुत चुंबकीय बलाच्या 100 पट असते.

क्षीण बल (Weak Force)
इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन आणि न्युट्रॉन यांच्यात होणाऱ्या अन्योन्य क्रियामध्ये प्रयुक्त होणारे बल हे चौथ्या प्रकारचे आहे. याला क्षीण बल म्हणतात. 

हे बल अत्यंत लहान मर्यादा क्षेत्र असलेले बल आहे. निसर्गात सापडणार्‍या किरणोत्सर्गी पदार्थांमध्ये हे बल प्रथम आढळले.



संतुलित बल
जेव्हा एखाद्या वस्तूवर प्रयुक्त होणार्‍या दोन बलांचे परिणाम सारखे आणि दिशा विरुद्ध असतात, तेव्हा वस्तूवर प्रयुक्त होणारे एकूण बल शून्य असते. दोन्ही बले संतुलित असतात त्यामुळे वस्तु स्थिर अवस्थेत राहते. संतुलित बलामुळे वस्तूची स्थिर अवस्था किंवा गतिमान अवस्था यात बदल घडून येत नाही

असंतुलित बल
असंतुलित बलामुळे वस्तूच्या वेगात बदल होतो किंवा गतीची दिशा बदलते. वस्तूच्या गतीला त्वरणित करण्यासाठी असंतुलित बल आवश्यक असते. जो पर्यंत वस्तूवर असंतुलित बल प्रयुक्त असते, तोपर्यंत तिचा वेग सतत बदलतो. 

जडत्व
वस्तूची स्थिर अथवा गतिमान अवस्थेतील बदलाला विरोध करण्याची प्रवृत्ती म्हणजे जडत्व होय.जेव्हा एखाद्या स्थिर अवस्थेतील वस्तूवर कोणतेही बाह्यबल प्रयुक्त नसेल तर ती वस्तु स्थिर अवस्थेतच राहते. तसेच गतिमान वस्तु आहे त्याच वेगाने सतत गतिमान राहते.

जडत्वाचे प्रकार
०१. विराम अवस्थेतील जडत्व : वस्तूच्या ज्या स्वाभाविक गुणधर्मामुळे ती विराम अवस्थेत बदल करू शकत नाही, त्यास विराम अवस्थेतील जडत्व असे म्हणतात.उदा. बस अचानक सुरू होते तेव्हा प्रवाशांना मागच्या दिशेला धक्का बसतो.

०२. गतीचे जडत्व : वस्तूच्या ज्या स्वाभाविक गुणधर्मामुळे गतिमान अवस्थेत बदल होवू शकत नाही त्यास गतीचे जडत्व म्हणतात. उदा. चालत्या बसमधून उतरणारा प्रवासी पुढच्या दिशेने पडतो.

०३. दिशेचे जडत्व : वस्तूच्या ज्या स्वाभाविक गुणधर्मामुळे ती आपल्या गतीची दिशा बदलू शकत नाही यास दिशेचे जडत्व म्हणतात. उदा. चाकूला धार करतांना धार लावण्याच्या चाकांच्या स्पर्शरेषेवरून ठिणग्या उडताना दिसतात.

विद्युत चुंबक 
चुंबकीय क्षेत्रामध्ये एकक उत्तरध्रुवाचे ज्या मार्गाने विस्थापन होते त्या मार्गाला चुंबकीय बलरेषा किंवा विकर्ष रेषा म्हणतात.

चुंबकीय बलरेषेवरील कोणत्याही बिंदुपाशी काढलेल्या लंबरेषा चुंबकीय क्षेत्राची दिशा दाखवतात.

दोन चुंबकीय बलरेषा एकमेकांना कधीही छेदत नाहीत.

चुंबकीय बलरेषा या सलग वक्ररेषा असून त्यांची सुरवात उत्तर ध्रुवापासून होते व त्यांचे शेवट दक्षिण ध्रुवापाशी होतो.

ज्या ठिकाणी चुंबकीय क्षेत्र अधिक प्रभावी असते. त्या ठिकाणी चुंबकीय बलरेषा अधिकाधिक घट्ट झालेल्या दिसतात.

उजव्या हाताच्या अंगठ्याचा नियम :  तुम्ही तुमच्या उजव्या हातात एक सरळ विद्युत वाहक धरला असेल आणि अंगठा ताठ ठेवून इतर बोटे वाहकाभोवती लपेटली, जर अंगठा विद्युतधारेची दिशा दाखवत असेल तर वाहकाभोवती लपटलेली बोटे चुंबकीय क्षेत्राची दिशा दाखवतात. 

फ्लेमिंगचा डाव्या हाताचा नियम : आपल्या डाव्या हाताची तर्जनी, मधले बोट आणि अंगठा परस्परांना लंब राहतील अशी धरल्यास जर तर्जरी चुंबकीय क्षेत्राची दिशा दाखवत असेल आणि मधले बोट विद्युत धारेची दिशा दाखवत असेल तर अंगठा वाहकाच्या गतीची दिशा दर्शवितो.

विद्युतधारा : विद्युतधारा हा प्रभारांचा प्रवाह असतो. म्हणजेच चुंबकीय क्षेत्राची गतिमान प्रभारांवर बल प्रयुक्त होते. या गुणधर्माचा वापर करून प्रभारीत कणांना अति उच्च ऊर्जा मिळवून देता येते.अशा प्रकारची कणांना दिलेली ऊर्जा वापरुन पदार्थाची रचना अभ्यासता येते. 

फ्लेमिंगचा उजव्या हाताचा नियम : आपल्या उजव्या हाताचा अंगठा, तर्जनी आणि मधले बोट, एकमेकास लंब राहतील अशी धरल्यास, जर तर्जनी चुंबकीय क्षेत्राच्या दिशेने आणि अंगठा वाहकाच्या गतीच्या दिशेने असेल तर मधले बोट प्रवर्तित विद्युत धारेची दिशा दाखविते.

Newer Post Older Post