CLASS 9 SCIENCE NOTES IN HINDI CHAPTER - 7

कार्य (Work):-

किसी वस्तु पर लगने वाले एक नियत बल द्वारा किसी विस्थापन हेतु किए गए कार्य को इस प्रकार परिभाषित किया जाता है — किसी वस्तु पर एक नियत बल द्वारा किया गया कार्य = लगाया गया बल × बल की दिशा में विस्थापन।

कार्य का SI मात्रक:-

कार्य का SI मात्रक जूल (J) है। बल का SI मात्रक न्यूटन (N) और विस्थापन का SI मात्रक मीटर (m) है, अतः 1 जूल को निम्नवत परिभाषित किया जा सकता है — यदि कोई वस्तु 1 न्यूटन बल लगाने पर बल की दिशा में 1 m विस्थापित हो तो 1 जूल कार्य संपन्न होगा।

कार्य शून्य होने की स्थितियाँ:-

1. जब किसी वस्तु पर लगने वाला बल शून्य होता है (F = 0), तब किया गया कार्य भी शून्य होता है।
2. जब वस्तु पर बल तो लगा हो किंतु उसमें कोई विस्थापन न हो अर्थात विस्थापन s = 0 हो — जैसे किसी दृढ़ दीवार को धकेलने पर, यदि दीवार विस्थापित न हो तो किया गया कार्य शून्य ही होगा, भले ही ऐसा करने में थकान महसूस हो।
3. यदि किसी वस्तु पर लगाया गया बल, विस्थापन के लंबवत हो तो उस बल द्वारा किया गया कार्य शून्य होता है, क्योंकि बल की दिशा में कोई विस्थापन नहीं होता — जैसे किसी बॉक्स को क्षैतिज दिशा में ले जाते समय उसके भार को संतुलित करने के लिए ऊर्ध्व दिशा में लगाया गया बल।

धनात्मक कार्य:-

जब विस्थापन भी उसी दिशा में हो जिस दिशा में बल आरोपित हो, तो उस वस्तु पर बल द्वारा किया गया कार्य धनात्मक होता है। उदाहरण के लिए — जब आप एक पहिएदार कुर्सी को धकेलते हैं तो लगाया गया बल और कुर्सी का विस्थापन एक ही दिशा में होते हैं, अतः किया गया कार्य धनात्मक है।

ऋणात्मक कार्य:-

जब किसी वस्तु पर लगाए गए बल की दिशा उसके विस्थापन की दिशा के विपरीत होती है तो बल द्वारा वस्तु पर ऋणात्मक कार्य किया जाता है। उदाहरण के लिए — फुटबॉल को रोकने के लिए जब कोई गोलरक्षक फुटबॉल की गति की विपरीत दिशा में बल लगाता है तो गोलरक्षक द्वारा फुटबॉल पर ऋणात्मक कार्य किया जाता है।

उदाहरण 7.2:-

गोल बचाने के प्रयास में एक गोलरक्षक फुटबॉल पर इसकी गति की विपरीत दिशा में 200 N का बल लगाती है और फुटबॉल के रुकने तक उसका हाथ 15 cm पीछे हट जाता है। गोलरक्षक द्वारा फुटबॉल को रोकने में किया गया कार्य ज्ञात कीजिए।

ऊर्जावान वस्तु:-

कोई भी वस्तु जिसमें कार्य करने की क्षमता हो, उसे ऊर्जावान वस्तु कहते हैं। जब किसी वस्तु पर धनात्मक कार्य किया जाता है तो उसे ऊर्जा प्राप्त होती है। इसके पश्चात वह वस्तु उस ऊर्जा का उपयोग किसी अन्य वस्तु पर बल लगाने और उसे गतिशील करने में कर सकती है — इस प्रकार ऊर्जा का हस्तांतरण होता है।

कार्य-ऊर्जा प्रमेय (Work-Energy Theorem):-

किसी वस्तु पर किया गया कार्य उसकी ऊर्जा में परिवर्तन के रूप में प्रकट होता है। वस्तु पर किए गए कार्य और उसकी ऊर्जा में परिवर्तन के संबंध को कार्य-ऊर्जा प्रमेय कहते हैं।

ऊर्जा के स्थानांतरण की विधियाँ:-

यांत्रिक कार्य करना ऊर्जा को एक वस्तु से दूसरी वस्तु में स्थानांतरित करने की एक विधि है, परंतु यह इसकी एकमात्र विधि नहीं है। ऊर्जा का स्थानांतरण ऊष्मा के रूप में भी हो सकता है, जब अलग-अलग तापमान वाली दो वस्तुएँ संपर्क में आती हैं तो ऊर्जा अधिक गर्म वस्तु से कम वस्तु की ओर प्रवाहित होती है। ऊर्जा का प्रवाह वस्तुओं के बिना सीधे संपर्क में आए भी हो सकता है — जैसे सूर्य की ऊर्जा पृथ्वी तक विकिरणों के माध्यम से पहुँचती है, तथा विद्युत परिपथों एवं ध्वनि तरंगों के माध्यम से भी ऊर्जा का स्थानांतरण हो सकता है।

ऊर्जा के विभिन्न रूप:-

ऊर्जा का अस्तित्व अनेक रूपों में होता है, तथा ऊर्जा का एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तन होना संभव है।

1. यांत्रिक ऊर्जा — वस्तुओं की स्थिति एवं गति के कारण ऊर्जा।
2. तापीय ऊर्जा — ऊर्जा जो वस्तुओं को गर्म या ठंडा करती है।
3. प्रकाश ऊर्जा — ऊर्जा जिसके कारण हम देख पाते हैं।
4. ध्वनि ऊर्जा — वायु अथवा अन्य अण्विक कंपनों की ऊर्जा।
5. विद्युत ऊर्जा — आवेशों की स्थिति अथवा गति से संबंधित ऊर्जा।
6. नाभिकीय ऊर्जा — परमाणुओं के नाभिकों में संचित ऊर्जा।
7. रासायनिक ऊर्जा — ईंधन और खाद्य पदार्थों में परमाणुओं के रासायनिक बंधों के रूप में संचित ऊर्जा।

यांत्रिक ऊर्जा:-

यांत्रिक ऊर्जा वह ऊर्जा है जो वस्तु में उसकी गति अथवा स्थिति के कारण होती है।

गतिज ऊर्जा (Kinetic Energy):-

किसी वस्तु की गति के कारण उसमें जो ऊर्जा होती है उसे गतिज ऊर्जा कहते हैं। सभी गतिशील वस्तुओं, जैसे — चलती हुई साइकिल या लुढ़कती हुई गेंद में गतिज ऊर्जा होती है। यदि वस्तु गतिशील नहीं है तो उसकी गतिज ऊर्जा शून्य होती है।

उदाहरण 7.4:-

यदि किसी वाहन के वेग का परिमाण दोगुना हो जाए तो उसकी गतिज ऊर्जा का मान उसकी प्रारंभिक गतिज ऊर्जा की तुलना में कितने गुना हो जाएगा?

इस प्रकार गतिज ऊर्जा का मान प्रारंभिक गतिज ऊर्जा का चार गुना हो जाएगा।

उदाहरण 7.5:-

एक भारतीय गेंदबाज अपनी सबसे अधिक तीव्रगति से फेंकी गई गेंदों में से एक को लगभग 154.8 km h⁻¹ का वेग प्रदान करता है। यदि गेंद का द्रव्यमान 0.2 kg माना जाए तो गेंद फेंकने के समय गेंद की गतिज ऊर्जा ज्ञात कीजिए।

स्थितिज ऊर्जा (Potential Energy):-

किसी वस्तु में विकृति के कारण अथवा वस्तुओं के एक निकाय में उनकी सापेक्ष स्थितियों के कारण जो ऊर्जा संचित होती है उसे स्थितिज ऊर्जा कहते हैं। जैसे तने हुए रबड़ बैंड, खींची गई धनुष की प्रत्यंचा या संपीडित स्प्रिंग में उनकी विशेष आकृति (विरूपता) के कारण कार्य करने की क्षमता संचित होती है।

गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा (Gravitational Potential Energy):-

पृथ्वी-गेंद निकाय गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा का सरलतम उदाहरण है। पृथ्वी की सतह से गेंद की ऊँचाई जितनी अधिक होगी उसकी स्थितिज ऊर्जा भी उतनी ही अधिक होगी।

उदाहरण 7.7:-

एक क्षेत्ररक्षक ने गेंद पकड़ने के पश्चात 200 g द्रव्यमान की क्रिकेट की गेंद को उत्साह में पृथ्वी की सतह से 10 m ऊँचा उछाल दिया। गेंद की उच्चतम स्थिति में उसकी स्थितिज ऊर्जा ज्ञात कीजिए (g = 10 m s⁻²)।

यांत्रिक ऊर्जा संरक्षण नियम (Conservation of Mechanical Energy):-

किसी वस्तु की गतिज ऊर्जा और स्थितिज ऊर्जा के योग को इसकी यांत्रिक ऊर्जा कहते हैं। जब कोई वस्तु गुरुत्वीय बल के कारण गतिमान होती है और उस पर कोई अन्य बाह्य बल कार्य नहीं कर रहा हो तो इसकी यांत्रिक ऊर्जा नियत बनी रहती है अर्थात वस्तु की यांत्रिक ऊर्जा संरक्षित रहती है।

उदाहरण 7.8:-

h ऊँचाई की फिसलपट्टी के आधार तल पर पहुँचने पर बच्चे के वेग का परिमाण ज्ञात कीजिए (घर्षण की उपेक्षा करते हुए)।

चूँकि बच्चे का फिसलपट्टी के आधार तल पर वेग केवल फिसलपट्टी की ऊँचाई h पर निर्भर करता है, इसलिए फिसलपट्टी की आकृति अथवा बच्चे के द्रव्यमान का उसके इस वेग पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

शक्ति (Power):-

शक्ति को कार्य करने की दर के रूप में परिभाषित किया जाता है। गणितीय रूप से औसत शक्ति P किसी कार्य W को इसे करने में लगे समय t से विभाजित करके प्राप्त की जाती है।

उदाहरण 7.10:-

कोई भारोत्तोलक 5 सेकंड में 75 kg के द्रव्यमान को 2 m तक ऊपर उठाता है। इस कार्य को करने के लिए आवश्यक शक्ति ज्ञात कीजिए।

सरल मशीन (Simple Machine):-

ऐसे उपकरण जो किसी कार्य को करने में लगाए जाने वाले बल के परिमाण या दिशा को बदलकर कार्य को सरल बनाने में सहायता करते हैं, उन्हें सरल मशीन कहा जाता है। मशीन पर हम जो बल लगाते हैं उसे आयास (effort) कहते हैं और वह बल जिसके विरुद्ध मशीन कार्य करती है उसे भार कहते हैं।

घिरनी (Pulley):-

घिरनी एक पहिया होता है जिसमें खाँचा बना होता है जो रस्सी को दिशा देता है। एक स्थिर घिरनी उस पर लगाए जाने वाले बल के परिमाण में कोई परिवर्तन नहीं करती वरन उसकी दिशा में परिवर्तन कर देती है, जिससे भार को ऊपर की ओर खींचने की तुलना में नीचे की ओर खींचना अधिक सरल हो जाता है।

आनत तल (Inclined Plane):-

आनत तल एक ऐसी सरल मशीन है जो भारी वस्तु को ऊपर चढ़ाने या नीचे उतारने में सहायता करती है। इसका उपयोग करने पर किसी वस्तु को सीधे ऊपर उठाने की तुलना में कम बल की आवश्यकता होती है, किंतु यह बल अधिक दूरी तक लगाना पड़ता है।

उदाहरण 7.12:-

कोई व्यक्ति किसी वस्तु को 30 cm की ऊँचाई तक उठाने के लिए आनत तल का उपयोग करता है। आनत तल के उच्चतम और निम्नतम बिंदुओं के बीच की क्षैतिज दूरी 40 cm है। इस कार्य में सहायक आनत तल का यांत्रिक लाभ ज्ञात कीजिए।

उत्तोलक (Lever):-

उत्तोलक एक दृढ़ छड़ (जैसे कि पैमाना) होती है जो किसी स्थिर बिंदु पर घूमने में सक्षम होती है। इसके तीन मुख्य भाग होते हैं — (i) आलंब (fulcrum) — एक स्थिर बिंदु जिस पर उत्तोलक घूम सकता है, (ii) भार (load) — वह बल जिसके विरुद्ध उत्तोलक कार्य करता है, (iii) आयास (effort) — भार को उठाने में लगाया गया बल। आलंब से आयास की दूरी को आयास भुजा तथा आलंब से भार की दूरी को भार भुजा कहते हैं।

उत्तोलकों का वर्गीकरण:-

1. प्रथम श्रेणी (आलंब बीच में) — संडासी, कैंची, सब्बल, प्लास, दंड-तुला, सी-सॉ प्रकार का झूला।
2. द्वितीय श्रेणी (भार बीच में) — नींबू निष्कर्षणी, हथठेला, बोतल खोलने की मशीन।
3. तृतीय श्रेणी (आयास बीच में) — चिमटा, झाड़ू, हथौड़ी, चप्पू, चिमटी।

उदाहरण 7.13:-

एक झूले में चार कुर्सियाँ A, B, D, E और आलंबन बिंदु C है। AC = EC = 2 m और BC = DC = 1 m है। झूले को संतुलित करने के लिए 15 kg और 30 kg द्रव्यमान वाले बच्चों को किन कुर्सियों पर बैठना चाहिए?

अतः 15 kg वाला बच्चा कुर्सी A पर और दूसरा बच्चा कुर्सी D पर बैठना चाहिए।