गती व गतीचे प्रकार ( Motion and types of Motion )
गती : वस्तूच्या स्थानात सतत होणाऱ्या बदलास गती असे म्हणतात.
गती : वस्तूचा निरीक्षक सापेक्ष स्थान बदल म्हणजे गती होय.
वस्तूला गतिमान करण्यासाठी बलाची आवश्यकता असते.
गती ही अदिश राशी आहे.
गतीचे प्रकार : 1) स्थानांतरणीय गती 2) परिवलन गती ( वर्तुळाकार गती ) 3) कंपन गती ( आंदोलित गती ) 4) यादृच्छिक गती.
1) स्थानांतरणीय गती ( Translational Motion ) : स्थानांतरणीय गतीमध्ये वस्तूमधील प्रत्येक कणाचे विस्थापन समान अंतरातून होत असते.
स्थानांतरणीय गती ही एकरेषीय असू शकते किंवा तिचा मार्ग वक्राकारही असू शकतो.
स्थानांतरणीय गतीची उदाहरणे : चालणारा व्यक्ती, धावणारी बस, धावणारी रेल्वे.
बंदुकीतून सुटलेल्या गोळीची गती, झाडावरून तुटून पडलेल्या फळाची गती, हातातून पडलेल्या वस्तूची गती, एकाच दिशेने जाणारा व्यक्ती किंवा वाहन यांची गती ही सर्व एकरेषीय स्थानांतरणीय गतीची उदाहरणे आहेत.
सरपटणाऱ्या सापाची गती, घाटाच्या रस्त्यातुन जाणाऱ्या वाहनाची गती, तोफेतून उडालेल्या गोळ्याचा वक्राकार मार्ग ही सर्व वक्राकार स्थानांतरणीय गतीची उदाहरणे आहेत.
2) परिवलन गती / वर्तुळाकार गती / घूर्णन गती ( Rotational Motion / Circular motion ) : परिवलन गतीमध्ये वस्तूमधील सर्व कण एकाच आसाभोवती परिवलन मार्गाने फिरत असतात.
परिवलन गतीची उदाहरणे : फिरणारा भोवरा, पृथ्वीचे परिवलन, फिरणारा पंखा, फिरणारी पवनचक्की, फिरणारे चाक, फिरणारे जाते, घड्याळातील काट्यांची गती, फिरणारी गोफण, फिरणारा आकाश पाळणा ( मेरी गो राउंड ), मिक्सरमधील पात्यांची गती.
3) कंपन गती / आंदोलित गती / दोलन गती ( Oscillatory Motion ) : ठराविक कालावधीत पदार्थामध्ये पुन:पुन्हा होणारी एकाच प्रकारची हालचाल यालाच कंपन गती असे म्हणतात.
आंदोलित गतीची उदाहरणे : झोका, साधा दोलक, पक्षांच्या पंखांची गती, घड्याळाच्या लंबकाची गती, शिवण यंत्रातील सुईची गती, तंतुवाद्याची तार छेडली असता तारेत निर्माण होणारी गती, चर्मवाद्यावर थाप मारली असता निर्माण होणारी गती, वाऱ्याने हलणारी झाडाची फांदी.
4) यादृच्छिक गती ( Random Motion ) : सतत दिशा बदलणाऱ्या गतीला यादृच्छिक गती असे म्हणतात.
यादृच्छिक गतीची उदाहरणे : हवेतील धुलिकण, फुलपाखराची गती, पक्षांचे उडणे, हॉकी किंवा फुटबॉल यासारख्या खेळांमधील खेळाडूंची गती, रांगणारे बाळ, भटक्या प्राण्यांची गती, मैदानावर खेळणाऱ्या मुलांची गती.
5) संमिश्र गती : जेव्हा एखाद्या वस्तूला एकापेक्षा अधिक गती असतात तेव्हा अशा गतीला संमिश्र गती असे म्हणतात.
गतीविषयक समीकरणे :
1) गतीविषयक पहिले समीकरण :
v = u + at
अंतिम वेग = सुरुवातीचा वेग + त्वरण × काळ
गतीविषयक पहिल्या समीकरणाचा उपयोग करून एकक कालावधीनंतर होणारा पदार्थाचा वेग मिळतो.
गतीविषयक पहिल्या समीकरणाचा उपयोग करून गतिमान वस्तूचा गतिमान अवस्थेतील वेग काढता येतो.
2) गतीविषयक दुसरे समीकरण :
s = ut + 1/2 at²
वस्तूने कापलेले अंतर = सुरुवातीचा वेग × काळ + 1/2 × त्वरण + ( काळ )²
गतीविषयक दुसऱ्या समीकरणावरून एकक कालावधीत होणाऱ्या विस्थापनाचे परिमाण मिळते.
गतीविषयक दुसऱ्या समीकरणाच्या साहाय्याने गतिमान वस्तूने कापलेले अंतर काढता येते.
3) गतीविषयक तिसरे समीकरण :
v² = u² + 2as
( अंतिम वेग )² = ( सुरुवातीचा वेग )² + 2 × त्वरण × कापलेले अंतर
गतीविषयक तिसऱ्या समीकरणाचा उपयोग करून विस्थापन माहित असल्यास आपण वस्तूचा अंतिम वेग काढू शकतो.
गतीविषयक तिसऱ्या समीकरणाच्या साहाय्याने गतिमान वस्तूचा अंतिम वेग काढता येतो.
न्यूटनचे गतीविषयक नियम ( Newton’s Laws of Motion ) : आयझॅक न्यूटन यांनी गतीविषयक तीन नियम सांगितले आहेत.
1) न्यूटनचा गतीविषयक पहिला नियम ( Newton’s First Law of Motion ) : एखाद्या वस्तूवर कोणतेही संतुलित बल क्रिया करीत नसेल तर, ती वस्तू अचल अवस्थेत असल्यास अचल अवस्थेत राहील अथवा सरळ रेषेत एकसमान गतीत असल्यास ती सतत त्या सरळ रेषेत एकसमान गतीत राहील.
• न्यूटनचा गतीविषयक पहिला नियम जडत्वाशी संबंधित आहे.
• न्यूटनच्या गतीविषयक पहिल्या नियमालाच गॅलिलिओचा जडत्वाचा नियम असेही म्हणतात.
• न्यूटनच्या गतीविषयक पहिल्या नियमाची उदाहरणे :
1) पंखा बंद केल्यानंतरही थोडा वेळ फिरत राहतो.
2) एखादे वाहन सुरू झाल्यानंतर ते पुढे गेले की लगेच त्या वाहनामध्ये बसलेले प्रवासी थोडेसे मागच्या दिशेला ढकलले जातात.
3) धावत्या वाहनामधून उतरताना प्रवाशाला त्या वाहनासोबत थोडेसे धावावे लागते.
4) धावत्या वाहनाला अचानक ब्रेक लावल्यास त्या वाहनामध्ये बसलेले प्रवासी पुढच्या दिशेला ढकलले जातात.
5) धावते वाहन उजवीकडे वळल्यास त्या धावत्या वाहनामध्ये बसलेले प्रवासी डावीकडे वळतात.
6) धावते वाहन डावीकडे वळल्यास त्या धावत्या वाहनामध्ये बसलेले प्रवासी उजवीकडे वळतात.
7) झाडाची फांदी हलविल्यानंतर फांदी गतिमान होते परंतु फळ विराम अवस्थेत असल्याने ते खाली पडते.
8) विराम अवस्थेत असलेली कोणतीही वस्तू गतिमान करण्यासाठी जास्त बल लागते. परंतु एकदा गतीमान झाल्यावर कमी बल लावावे लागते.
9) घरातील सतरंजी झटकल्यानंतर सतरंजी स्वच्छ होते.
10) गतिमान वाहनाला ब्रेक लावल्यानंतर ते लगेच थांबत नाही, तर थोडेशे पुढे जाऊन थांबते.
11) धावपटू शर्यत संपल्यावर लगेच थांबू शकत नाही.
12) धावत्या वाहनात वर फेकलेला चेंडू परत हातात येतो.
2) न्यूटनचा गतीविषयक दुसरा नियम ( Newton’s Second Law of Motion ) : संवेग परिवर्तनाचा दर प्रयुक्त बदलाशी समानुपाती असतो आणि संवेगाचे परिवर्तन बलाच्या दिशेने होते.
• न्यूटनचा गतीविषयक दुसरा नियम संवेगाशी संबंधित आहे.
• न्यूटनच्या गतीविषयक दुसऱ्या नियमाची उदाहरणे :
1) चेंडूचा झेल घेताना आपण हात मागे खेचतो.
2) बंदुकीची गोळी हाताने भिंतीवर आदळल्यास फक्त ओरखडा पडतो, परंतु तीच गोळी बंदुकीतून मारल्यास भिंतीमध्ये घुसते.
3) कराटे प्रात्यक्षिक करताना खेळाडू कौलारांवर किंवा बर्फावर जोराने आघात करतो, त्यामुळे कौलारू किंवा बर्फाची लादी फुटते. याचे कारण हाताचा संवेग कमी होऊन बल वाढते.
4) उंच उडी मारल्यानंतर खेळाडू जमिनीवर पडण्याचा कालावधी वाढविण्याचा प्रयत्न करतो, त्यामुळे त्याला दुखापत होण्याची शक्यता कमी असते.
3) न्यूटनचा गतीविषयक तिसरा नियम ( Newton’s Third Law of Motion ) : क्रिया बल व प्रतिक्रिया बल यांची परिमाणे समान असतात, परंतु त्यांच्या दिशा परस्पर विरुद्ध असतात. किंवा कोणत्याही एका वस्तूवर बलाची क्रिया होत असताना बल निर्माण करणाऱ्या वस्तूवर विरुद्ध दिशेने तेवढ्याच परिमाणाचे बल प्रतिक्रिया करीत असते.
• न्यूटनचा गतीविषयक तिसरा नियम क्रिया व प्रतिक्रिया बलाशी संबंधित आहे.
• न्यूटनच्या गतीविषयक तिसऱ्या नियमाची उदाहरणे :
1) अग्निबाणाचे ( रॉकेट ) प्रक्षेपण.
2) टेबलावर ठेवलेली पुस्तके
3) बंदुकीची गोळी सुटल्यावर बंदूक माझे झटका देणे.
4) चेंडूवर बॅटचा तडाखा बसल्यावर बॅट पाठीमागे जाणे.
5) गोलंदाजी ( bowling ).
6) चेंडू जमिनीवर जोरात टाकल्यावर तो उसळी घेतो.
• न्यूटनचा गतीविषयक तिसरा नियम हा वस्तूंच्या परस्परांवर होणाऱ्या क्रियांसंबंधी ( म्हणजेच अन्योन्य क्रियांसंबंधी ) आहे.
• न्यूटनचे गतीविषयक पहिले दोन नियम हे बल आणि बलामुळे पदार्थांच्या गतीवर होणाऱ्या परिणामांशी संबंधित आहेत.
