गुरुत्वाकर्षण शक्ति
गुरुत्वाकर्षण एक शक्ति है जो किसी दो द्रव्यमान वाले वस्तुओं के बीच कार्य करता है। यह एक अदृश्य शक्ति है जो वस्तुओं को एक-दूसरे की ओर खींचती है। यह वह शक्ति है जो हमें धरती पर खड़ा रखती है, चंद्रमा को पृथ्वी के चारों ओर परिक्रमा करने में सक्षम बनाती है, और ग्रहों को सूर्य के चारों ओर घूमने में सक्षम बनाती है।
गुरुत्वाकर्षण का इतिहास
गुरुत्वाकर्षण की संकल्पना का सदियों से अध्ययन किया गया है। गुरुत्वाकर्षण पर काम करने वाले सबसे प्रसिद्ध वैज्ञानिकों में से एक सर आइजैक न्यूटन थे। उन्होंने 17वीं सदी के अंत के दौरान सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम को प्रकट किया। कहानी है कि न्यूटन एक सेब के पेड़ के नीचे बैठे थे जब एक सेब उनके सिर पर गिरा, और उसने उन्हें यह सोचने पर मजबूर किया कि वस्तुएं पृथ्वी की ओर क्यों गिरती हैं। इस घटना के बारे में उनकी जिज्ञासा ने उन्हें इस सिद्धांत को विकसित करने में मदद की कि ब्रह्मांड में सभी वस्तुएं एक-दूसरे पर गुरुत्वाकर्षण शक्ति डालती हैं।
न्यूटन का सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम
न्यूटन का सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम बताता है कि यह शक्ति कैसे कार्य करती है। यह नियम कहता है कि ब्रह्मांड में हर बिंदु द्रव्यमान दूसरी बिंदु द्रव्यमान को एक शक्ति से आकर्षित करता है जो उनके द्रव्यमानों के गुणनफल के सीधे अनुपात में होता है और उनके केंद्रीय केंद्रों के बीच की दूरी के वर्ग के प्रतिलोमानुपात में होता है। इसका सूत्र है:
F = G * (m1 * m2) / r^2जहाँ:
Fदो वस्तुओं के बीच का गुरुत्वाकर्षण बल है (न्यूटन में)।Gगुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है, जो लगभग6.674 × 10^-11 N m^2/kg^2के बराबर होता है।m1औरm2दो वस्तुओं के द्रव्यमान (किलोग्राम में) हैं।rदो द्रव्यमानों के केंद्रों के बीच की दूरी (मीटर में) है।
एक सरल उदाहरण
कल्पना कीजिए कि आपके पास अंतरिक्ष में दो छोटी गेंदें हैं। अगर एक गेंद का द्रव्यमान 2 किग्रा है और दूसरी का द्रव्यमान 3 किग्रा है, जो 1 मीटर अलग हैं, तो आप उनके बीच के गुरुत्वाकर्षण बल की गणना कर सकते हैं।
m1 = 2 किग्रा
m2 = 3 किग्रा
r = 1 मी
F = G * (2 किग्रा * 3 किग्रा) / (1 मी)^2 = 6Gयह परिणाम हमें बताता है कि इन दो गेंदों के बीच की शक्ति गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक G से छह गुना है।
गुरुत्वाकर्षण शक्ति का महत्व
गुरुत्वाकर्षण शक्ति ऐसी है जिसे हम रोजाना जीवन में अनुभव करते हैं, भले ही हम इसे हमेशा सीधा न देख सकें। यहाँ कुछ उदाहरण हैं कि गुरुत्वाकर्षण कैसे महत्वपूर्ण है:
- यह ग्रहों को सूर्य के चारों ओर घुमाए रखता है।
- यह वस्तुओं को पृथ्वी के ऊपर की ओर गिरने का कारण बनता है जब वे गिरती हैं।
- यह सूर्य और अन्य तारों में गैसों को पकड़े रखता है, जिससे वे बनते हैं।
- यह पृथ्वी के महासागरों में ज्वार-भाटे को प्रभावित करता है।
गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र
गुरुत्वीय क्षेत्र वह आयाम होता है जिसके आसपास के क्षेत्र में अन्य वस्तु को गुरुत्वीय आकर्षण का अनुभव होता है। गुरुत्वीय क्षेत्र की ताकत को न्यूटन प्रति किलोग्राम (N/kg) में मापा जाता है, और इसे अक्सर गुरुत्वीय त्वरण कहा जाता है।
पृथ्वी पर औसत गुरुत्वीय क्षेत्र की शक्ति लगभग 9.8 N/kg है। इसका मतलब है कि प्रत्येक किलोग्राम द्रव्यमान के लिए, गुरुत्वाकर्षण शक्ति 9.8 न्यूटन होती है।
प्रदर्शनी उदाहरण: गुरुत्वीय क्षेत्र
एक बड़ी वस्तु जैसे पृथ्वी की कल्पना करें। जैसे कि एक उपग्रह, एक छोटी वस्तु पृथ्वी की ओर गति करती है। नीचे के तीर उपग्रह पर कार्यरत गुरुत्वाकर्षण शक्ति को दर्शा रहे हैं क्योंकि यह पृथ्वी के करीब आता है।
पृथ्वी का द्रव्यमान | वी
-------> -------> -------> उपग्रहजैसे-जैसे उपग्रह पृथ्वी की ओर बढ़ता है, गुरुत्वाकर्षण शक्ति बढ़ती है, इसे ग्रह की ओर आकर्षित करती है।
भार और द्रव्यमान
भार किसी वस्तु पर एक गुरुत्वीय क्षेत्र द्वारा लगने वाली शक्ति है। भार और द्रव्यमान के बीच भेद करना महत्वपूर्ण है। द्रव्यमान वस्तु में मौजूद द्रव का मात्रा है और इसे किलोग्राम में मापा जाता है। दूसरी ओर, भार उस द्रव्यमान पर कार्यरत गुरुत्वीय शक्ति होती है।
भार की गणना इस सूत्र द्वारा की जा सकती है:
भार = द्रव्यमान * gजहाँ g गुरुत्वीय त्वरण है।
भार की गणना का उदाहरण
अगर आपका द्रव्यमान 50 किग्रा है और आप पृथ्वी पर खड़े हैं, तो आपका भार इस प्रकार होगा:
द्रव्यमान = 50 किग्रा
g = 9.8 N/kg
भार = 50 किग्रा * 9.8 N/kg = 490 Nतो, 50 किलोग्राम द्रव्यमान वाला व्यक्ति पृथ्वी की ओर 490 न्यूटन की शक्ति लगाता है।
समझने की कक्षाएँ
एक परिक्रमा एक वक्र पथ है जो एक खगोलीय पिंड, जैसे ग्रह या चंद्रमा, गुरुत्वाकर्षण शक्ति के कारण दूसरे पिंड के चारों ओर चलता है। परिक्रमा सामान्यता अण्डाकार होती है, जिसका मतलब वह अंडाकार आकार की होती है।
ग्रह सूर्य के चारों ओर घूमते हैं, और चंद्रमा ग्रहों के चारों ओर, क्योंकि इन पिंडों के बीच गुरुत्वीय खिंचाव होता है। यही कारण है कि पृथ्वी सूर्य के चारों ओर घूमती रहती है और अंतरिक्ष में नहीं बहकती है।
प्रदर्शनी उदाहरण: कक्षाएँ
यहाँ पृथ्वी का सूर्य के चारों ओर घूमने का उदाहरण दिया गया है:
सूर्य | वी
*
/
/
| पृथ्वी
/
/ *पृथ्वी द्वारा ली गई पथ अण्डाकार है, इसलिए पृथ्वी कभी-कभी सूर्य के पास होती है और कभी-कभी दूर।
अन्य ग्रहों पर गुरुत्वाकर्षण
विभिन्न ग्रहों और खगोलीय पिंडों पर गुरुत्वाकर्षण शक्ति अलग-अलग होती है। यह अंतर ग्रह के द्रव्यमान और अर्धव्यास के कारण होता है। उदाहरण के लिए, मंगल पर गुरुत्वाकर्षण लगभग 3.7 मीटर प्रति सेकंड2 है, जो पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से बहुत कमज़ोर है।
यह गुरुत्वाकर्षण में विभिन्नता का अर्थ होगा कि एक वस्तु पृथ्वी की तुलना में मंगल पर कम भारी होगी, भले ही उसका द्रव्यमान अपरिवर्तित रहे।
अपस्कार्यता गति
अपस्कार्यता गति वो गति है जिसे किसी वस्तु को किसी अन्य वस्तु के गुरुत्वीय प्रभाव से बाहर जाने के लिए प्राप्त करनी होती है। यह अंतरिक्ष यात्रा में महत्वपूर्ण है। अपस्कार्यता गति की गणना का सूत्र है:
v = √(2 * G * M / r)जहाँ:
vअपस्कार्यता गति है।Gगुरुत्वीय स्थिरांक है।Mखगोलीय पिंड का द्रव्यमान (जैसे ग्रह)।rखगोलीय पिंड का अर्धव्यास है।
अपस्कार्यता गति की गणना का उदाहरण
पृथ्वी के लिए, हम इसका अपस्कार्यता गति खोजने के लिए निम्नलिखित मूल्यों का उपयोग कर सकते हैं:
G = 6.674 × 10^-11 N m^2/kg^2
M = 5.972 × 10^24 kg (पृथ्वी का द्रव्यमान)
r = 6.371 × 10^6 m (पृथ्वी का अर्धव्यास)
v = √(2 * 6.674 × 10^-11 * 5.972 × 10^24 / 6.371 × 10^6)
v ≈ 11,186 m/sइसका मतलब है कि किसी भी वस्तु के लिए पृथ्वी के गुरुत्व से बाहर जाने के लिए लगभग 11,186 मीटर प्रति सेकंड की गति से चलना होगा।
निष्कर्ष
गुरुत्वाकर्षण यह समझने के लिए आवश्यक है कि अंतरिक्ष में और पृथ्वी पर वस्तुएं कैसे अन्तःक्रियाएं करती हैं। ब्रह्मांडों को एक साथ रखने से लेकर यह निर्धारित करने तक कि कोई वस्तु कितनी भारी महसूस होती है, गुरुत्वाकर्षण हमारे ब्रह्मांड के आकार को निर्धारित करने वाली मूलभूत शक्तियों में से एक है। यह न केवल ग्रहों और चंद्रमाओं की गति को प्रभावित करता है, बल्कि ब्रह्मांड की संरचना को भी निर्धारित करता है।
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