गुरूत्वाकर्षण

गुरूत्वाकर्षण भौतिकी का एक महत्वपूर्ण विषय है, जो दो वस्तुओं के बीच लगने वाले आकर्षण बल का अध्ययन करता है। यह बल वस्तुओं के द्रव्यमान और उनके बीच की दूरी पर निर्भर करता है तथा पृथ्वी पर हमें भार प्रदान करने का कारण भी है।

विगत वर्षों में पूछे गए प्रश्न

वर्षप्रश्नअंक
2023केपलर की ग्रहीय गति का द्वितीय नियम लिखिए। यह किस संरक्षण सिद्धांत पर आधारित है ?2M
2016 Special examग्रहीय गति के केप्लर के नियमों को लिखिए ?5M
  • गुरूत्वाकर्षण वह आकर्षण बल है जो द्रव्यमान वाले किसी भी दो पिंडों के बीच कार्य करता है।
  • यह प्रकृति के चार मूलभूत बलों में से एक है, जिनमें वैद्युत चुम्बकत्व, दुर्बल नाभिकीय बल, और प्रबल नाभिकीय बल भी शामिल हैं।
  • अन्य बलों के विपरीत, गुरुत्वाकर्षण बल हमेशा आकर्षक होता है।

ऐतिहासिक परिप्रेक्ष्य

  • अरस्तू का मानना था कि भारी वस्तुएँ हल्की वस्तुओं की तुलना में तेजी से गिरती हैं।
  • गैलीलियो गैलीली ने अरस्तू के इस मत को गलत सिद्ध किया, यह प्रदर्शित करके कि वायु प्रतिरोध की अनुपस्थिति में सभी वस्तुएँ समान दर से गिरती हैं।
  • केप्लर: ग्रहीय गति के नियमों ने कक्षीय यांत्रिकी को समझने की नींव रखी।
  • सर आइजैक न्यूटन ने 17वीं शताब्दी में सार्वत्रिक गुरूत्वाकर्षण नियम प्रतिपादित किया, जिसने दो द्रव्यमानों के बीच आकर्षण बल का सटीक वर्णन किया।
  • आइंस्टीन: सामान्य सापेक्षतावाद ने गुरुत्वाकर्षण को बल के बजाय अंतरिक्ष-काल (स्पेस-टाइम) के वक्रता के रूप में वर्णित किया।
  • आधुनिक भौतिकी: क्वांटम गुरुत्व, ब्लैक होल, और गुरुत्वीय तरंगों पर शोध जारी है।

खगोलीय पिंडों का अध्ययन

  • तारों और ग्रहों के प्रारंभिक अवलोकन:
    • तारे वर्ष-दर-वर्ष अपनी स्थिति में स्थिर रहते हैं।
    • ग्रह तारों की पृष्ठभूमि के सापेक्ष गति करते हैं, और नियमित गतियाँ प्रदर्शित करते हैं।
  • भूकेंद्री मॉडल/Geocentric model (टॉलेमी, 2000 वर्ष पूर्व):
    • पृथ्वी केंद्र में थी, और सभी खगोलीय पिंड इसके चारों ओर वृत्तीय कक्षाओं में चक्कर लगाते थे।
  • सूर्यकेंद्री मॉडल/Heliocentric model (आर्यभट, 5वीं शताब्दी ई.):
    • सूर्य को सौरमंडल के केंद्र के रूप में प्रस्तावित किया, जिसमें ग्रह इसके चारों ओर चक्कर लगाते हैं।
  • निकोलस कॉपरनिकस (1473-1543) ने सूर्यकेंद्री मॉडल को पुनर्जनन दिया, हालाँकि उन्हें चर्च से विरोध का सामना करना पड़ा।
    • गैलीलियो ने कॉपरनिकस के सिद्धांत का समर्थन किया और अपने विश्वासों के लिए मुकदमे का सामना किया।

टाइको ब्राहे और योहानेस केप्लर:

  • टाइको ब्राहे (1546-1601) ने नग्न आँखों से ग्रहों के व्यापक अवलोकन दर्ज किए।
  • योहानेस केप्लर (1571-1640) ने ब्राहे के आँकड़ों का विश्लेषण किया और ग्रहीय गति के तीन नियम प्रतिपादित किए।
    • इन नियमों, जिन्हें केप्लर के नियम के नाम से जाना जाता है, ने न्यूटन के सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षण नियम के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।

केप्लर के ग्रहीय गति के नियम

कक्षाओं का नियम (Law of Orbits):

  • सभी ग्रह दीर्घवृत्तीय कक्षाओं (elliptical orbits) में गति करते हैं, जिसमें सूर्य दीर्घवृत्त के एक नाभि पर स्थित होता है। यह नियम कॉपरनिकस के मॉडल से भिन्न था, जो वृत्तीय कक्षाओं की धारणा पर आधारित था।
Gravitation

क्षेत्रफलों का नियम (Law of Areas):

  • किसी ग्रह को सूर्य से जोड़ने वाली रेखा समान समयांतराल में समान क्षेत्रफल पार करती है।
    • यह नियम ग्रहों की गति में परिवर्तन को समझाता है, जब वे सूर्य के निकट या दूर होते हैं।
Gravitation
Gravitation

व्याख्या

क्षेत्रफलों का नियम कोणीय संवेग संरक्षण (जो गुरुत्व जैसे केंद्रीय बलों के लिए मान्य है) के माध्यम से समझा जा सकता है:

कोणीय संवेग (L): यह निम्नलिखित द्वारा दिया जाता है:

Gravitation

ग्रह द्वारा समय अंतराल ∆t में पार किया गया क्षेत्रफल निम्नलिखित द्वारा दिया जाता है:

Gravitation
  • जहाँ m ग्रह का द्रव्यमान है और L केंद्रीय बल के लिए स्थिर रहता है।
    • इस प्रकार, ग्रह द्वारा पार किए गए क्षेत्रफल की दर स्थिर रहती है, जो क्षेत्रफलों के नियम को प्रदर्शित करता है।
    • चूँकि गुरूत्वाकर्षण एक केंद्रीय बल है, इसलिए क्षेत्रफलों का नियम स्वाभाविक रूप से लागू होता है।ass and L is constant for a central force.

आवर्तों का नियम (Law of Periods):

  • किसी ग्रह के सूर्य के चारों ओर परिक्रमण के समयावधि का वर्ग उसकी दीर्घवृत्तीय कक्षा के अर्ध-दीर्घ अक्ष के घन के समानुपाती होता है।

T2∝a3

  • जहाँ:
    • T कक्षा का आवर्त काल है,
    • a दीर्घवृत्त का अर्ध-दीर्घ अक्ष है।
गुरूत्वाकर्षण

ये नियम न्यूटन के गुरूत्वाकर्षण नियम की नींव बने और ग्रहीय गति को समझने के लिए आज भी आवश्यक हैं।

  • न्यूटन को एक सेब के पेड़ से गिरने का अवलोकन करने से गुरुत्वाकर्षण के सार्वत्रिक नियम को प्रतिपादित करने की प्रेरणा मिली।
  • उनका तर्क पृथ्वी के चारों ओर चंद्रमा की गति पर आधारित था, जिसने पार्थिव गुरुत्वाकर्षण और केप्लर के नियमों की व्याख्या करने का मार्ग प्रशस्त किया।

न्यूटन का गुरूत्वाकर्षण नियम कहता है कि विश्व में प्रत्येक कण प्रत्येक अन्य कण को एक ऐसे बल द्वारा आकर्षित करता है जो:

  • उनके द्रव्यमानों के गुणनफल के सीधे समानुपाती होता है।
  • उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
  • दोनों द्रव्यमानों को जोड़ने वाली रेखा के अनुदिश कार्य करता है।

गणितीय सूत्रीकरण:

एक बिंदु द्रव्यमान m2 पर दूसरे बिंदु द्रव्यमान m1 के कारण लगने वाले बल F का परिमाण निम्नलिखित है:

नियम का सदिश रूप:

मान लीजिए:

  • r1​ और r2​ क्रमशः दो द्रव्यमानों m1​ और m2 के स्थिति सदिश हैं।
  • r= r12 = r2−r1 m1​​ से m2 तक का विस्थापन सदिश है।
  • r̂, r की दिशा में एकांक सदिश है।
  • r=∣r∣ दोनों के बीच की दूरी का परिमाण है।

तब,  m2 द्वारा m1पर लगाया गया गुरुत्वीय बल निम्नलिखित है:

इसी प्रकार, न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार, m1 द्वारा m2 पर लगाया गया बल है:

जहाँ:

  • G गुरुत्वीय नियतांक है  (6.674×10-11 N⋅m2/kg2 ).
  • r̂ = r/r​ दोनों द्रव्यमानों को जोड़ने वाली रेखा के अनुदिश एकांक सदिश है।
  • F12​ में ऋणात्मक चिह्न यह दर्शाता है कि गुरुत्वाकर्षण हमेशा आकर्षक बल है।

गुरुत्वीय नियतांक (G)

  • G के मान को सर्वप्रथम हेनरी कैवेंडिश ने 1798 में टॉर्शन संतुलन प्रयोग द्वारा मापा।

कैवेंडिश का प्रयोग:

  • उन्होंने एक महीन तार से लटकती हुई एक क्षैतिज छड़ का उपयोग किया।
  • छड़ के सिरों पर दो छोटे सीसे के गोले लगाए गए।
  • पास में दो बड़े सीसे के गोले रखे गए।
  • छोटे और बड़े गोलों के बीच गुरुत्वीय आकर्षण के कारण छड़ घूमी।
  • घूर्णन के कोण और तार की पुनर्स्थापन बल को मापकर उन्होंने G  की गणना की।
गुरूत्वाकर्षण
G का अंतिम मान (परिष्कृत माप):
  • G = 6.674×10-11 N⋅m2/kg2
G का महत्व:
  • सार्वत्रिक नियतांक: यह विश्व में हर जगह समान है।
  • गुरुत्वीय बल का निर्धारण: ग्रहीय गति, कक्षाओं, और ब्रह्मांडीय संरचनाओं को समझने के लिए महत्वपूर्ण।
  • आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षतावाद में उपयोग: अंतरिक्ष-काल (स्पेस-टाइम) की वक्रता के समीकरण में प्रकट होता है।
गुरुत्वीय बल का महत्व:
  • पृथ्वी पर गुरूत्वाकर्षण भौतिक वस्तुओं को भार प्रदान करता है।
  • ज्वारीय बल: खगोलीय पिंडों, जैसे पृथ्वी और चंद्रमा, के बीच गुरुत्वीय बल ज्वारीय प्रभाव उत्पन्न करते हैं। ये बल पृथ्वी पर समुद्री ज्वार को प्रभावित करते हैं, जिसका तटीय क्षेत्रों पर असर पड़ता है।
  • विश्व में प्रारंभिक गैसीय पदार्थ गुरुत्वीय आकर्षण के कारण एकत्रित हुआ, जिससे तारों का निर्माण हुआ जो बाद में आकाशगंगाओं में संनादित हुए। इसलिए, गुरुत्वाकर्षण विश्व की कई बड़े पैमाने की संरचनाओं को आकार देने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
  • गुरुत्वीय बल खगोलीय पिंडों की कक्षाओं के लिए जिम्मेदार है। यह ग्रहों को सूर्य के चारों ओर, चंद्रमाओं को ग्रहों के चारों ओर, और तारों को आकाशगंगाओं के भीतर कक्षा में रखता है।
  • पृथ्वी के चारों ओर चंद्रमा की गति गुरुत्वीय बल के कारण होती है।

मुक्त पतन

  • मुक्त पतन उस गति को संदर्भित करता है जब कोई वस्तु केवल गुरूत्वाकर्षण के प्रभाव में गिर रही होती है, और उस पर कोई अन्य बल कार्य नहीं कर रहा होता। निर्वात में या वायु प्रतिरोध की अनुपस्थिति में, पृथ्वी की सतह के निकट सभी वस्तुएँ, उनके द्रव्यमान की परवाह किए बिना, गुरुत्वाकर्षण के कारण समान त्वरण का अनुभव करती हैं।
  • इस दर को गुरुत्वीय त्वरण कहा जाता है। पृथ्वी पर यह दर 9.81 m/sec2 है। हम इस मान को प्रतीक g से दर्शाते हैं। (इसका अर्थ है कि आप प्रत्येक सेकंड जो आप गिरते हैं, अपनी गति में लगभग 10 m/s की वृद्धि करते हैं। 3 सेकंड तक गिरने के बाद, आपकी गति 29 m/s से अधिक हो जाती है, जो लगभग 66 mph है!)
  • (त्वरण का अर्थ है कि किसी वस्तु की गति की वेग में परिवर्तन एक स्थिर तरीके से हो रहा है।)

इस सिद्धांत को गैलीलियो द्वारा पीसा की झुकी मीनार से विभिन्न वस्तुओं को गिराकर प्रसिद्ध रूप से प्रदर्शित किया गया, जहाँ उन्होंने पाया कि वे सभी एक साथ भूमि पर पहुँचती हैं।

पृथ्वी का गुरुत्वीय त्वरण

पिंड पर गुरुत्वीय बल:

(पृथ्वी की त्रिज्या की तुलना में ऊँचाई को नगण्य मानते हुए)

न्यूटन के द्वितीय नियम के अनुसार:

गुरूत्वाकर्षण

F = mg

पृथ्वी की सतह के नीचे और ऊपर गुरुत्वीय त्वरण

गुरुत्वीय त्वरण वह त्वरण है, अर्थात् मुक्त पतन में वेग परिवर्तन की दर, जो गति में स्थिर वृद्धि का परिणाम देता है।

  • विभिन्न बिंदुओं पर, यह ऊँचाई, अक्षांश, और देशांतर के आधार पर 9.764 m/s2  से 9.834 m/s2 तक भिन्न होता है।
  • मानक मान: 9.80665 m/s2 (वायु प्रतिरोध को नगण्य मानते हुए)
सतह के ऊपर:
गुरूत्वाकर्षण

छोटी ऊँचाइयों h पर, g का मान (1−2h/Re ) के गुणक से कम हो जाता है।

सतह के नीचे
गुरूत्वाकर्षण

पृथ्वी के घूर्णन के कारण

  • पृथ्वी के घूर्णन के कारण, गुरुत्वीय त्वरण g विषुवत रेखा से ध्रुवों की ओर बढ़ता है।
विषुवत रेखा:
  • विषुवत रेखा पर, पृथ्वी का घूर्णन एक बाहरी अपकेंद्र बल उत्पन्न करता है, जो गुरुत्वाकर्षण के कारण होने वाले शुद्ध त्वरण को प्रभावी रूप से कम करता है।
  • इसके परिणामस्वरूप, g का मान उस मान से थोड़ा कम होता है, जो पृथ्वी के घूर्णन न करने की स्थिति में होता।
ध्रुव:
  • ध्रुवों पर, पृथ्वी के घूर्णन का प्रभाव न्यूनतम होता है, और गुरुत्वीय त्वरण अपने सैद्धांतिक अधिकतम मान के करीब होता है।
  • पृथ्वी के घूर्णन के कारण उत्पन्न विषुवतीय उभार भी विषुवत रेखा और ध्रुवों के बीच g के मान में अंतर में योगदान देता है।

गुरुत्वीय क्षेत्र

गुरुत्वीय क्षेत्र वह क्षेत्र होता है जो किसी द्रव्यमान वाले पिंड (जैसे पृथ्वी) के चारों ओर होता है, जहाँ वह दूसरे पिंडों को अपनी ओर खींचता है। किसी स्थान पर गुरुत्वीय क्षेत्र यह बताता है कि वहाँ रखे गए एक किलोग्राम द्रव्यमान पर कितना गुरुत्वाकर्षण बल लगेगा।

दिशा:

  • गुरुत्वीय क्षेत्र उस द्रव्यमान वाले पिंड की ओर निर्देशित होता है, जो इसे उत्पन्न करता है। उदाहरण के लिए, पृथ्वी की सतह के निकट, गुरुत्वीय क्षेत्र पृथ्वी के केंद्र की ओर निर्देशित होता है।
  • गुरुत्वीय क्षेत्र की प्रबलता: गुरुत्वीय क्षेत्र की प्रबलता द्रव्यमान वाले पिंड के निकट अधिक होती है और दूरी बढ़ने के साथ व्युत्क्रमानुपाती वर्ग नियम के अनुसार कम होती जाती है।
गुरूत्वाकर्षण

गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा

  • गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा वह ऊर्जा है, जो किसी वस्तु में गुरुत्वीय क्षेत्र में उसकी स्थिति के कारण होती है।
  • गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा उस कार्य के बराबर होती है, जो किसी द्रव्यमान को क्षेत्र के एक निश्चित बिंदु तक लाने के लिए गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध किया जाता है।
  • गुरुत्वीय बल की व्युत्क्रमानुपाती वर्ग प्रकृति के कारण, बड़ी दूरी पर बल शून्य की ओर अग्रसर होता है, इसलिए गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा का शून्य मान अनंत दूरी पर चुनना तर्कसंगत है।

गुरुत्वीय विभव

  • गुरुत्वीय विभव एक अदिश राशि है, जो यह बताती है कि किसी स्थान पर रखे गए प्रति इकाई द्रव्यमान की कितनी गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा होगी। यह उस कार्य को दर्शाता है जो गुरुत्वीय बल द्वारा एक इकाई द्रव्यमान को किसी संदर्भ बिंदु से उस स्थान तक लाने में किया जाता है।”
  • गुरुत्वीय बल एक संरक्षी बल है, और इसलिए इसके लिए एक स्थितिज ऊर्जा फलन परिभाषित किया जा सकता है।
  • पलायन वेग वह न्यूनतम वेग है, जो किसी वस्तु को किसी द्रव्यमान वाले पिंड के गुरुत्वीय आकर्षण से मुक्त होने के लिए प्राप्त करना आवश्यक है।
  • यह वह गति है, जिस पर वस्तु की गतिज ऊर्जा, गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा के बराबर होती है, जो वस्तु को गुरुत्वीय खिंचाव पर काबू पाने और अनिश्चित काल तक दूर जाने में सक्षम बनाती है।

चंद्रमा के लिए पलायन वेग लगभग 2.3 km/s है, जो पृथ्वी से लगभग पाँच गुना कम है। यही कारण है कि चंद्रमा का कोई वायुमंडल नहीं है। चंद्रमा की सतह पर यदि गैस अणु बनते हैं और उनका वेग इस मान से अधिक होता है, तो वे चंद्रमा के गुरुत्वीय खिंचाव से बच निकलते हैं।

गुरूत्वाकर्षण

वेग

पृथ्वी के बहुत निकट के लिए:

उपग्रह का आवर्त काल:

भूस्थिर उपग्रह के लिए:

T = 24 Hr  → H = 35800 km

भूस्थिर उपग्रह वे उपग्रह हैं, जो पृथ्वी की विषुवत रेखा के तल में वृत्तीय कक्षा में ( T = 24 ) के आवर्त काल के साथ चक्कर लगाते हैं। चूँकि पृथ्वी भी इसी आवर्त काल के साथ घूर्णन करती है, इसलिए उपग्रह पृथ्वी पर किसी भी बिंदु से स्थिर प्रतीत होता है।

पृथ्वी के निकट के लिए:

जो लगभग 85 मिनट है।

उपग्रह की ऊर्जा: 

वृत्तीय कक्षा में उपग्रह की कुल ऊर्जा ऋणात्मक होती है, जिसमें स्थितिज ऊर्जा ऋणात्मक होती है, लेकिन यह धनात्मक गतिज ऊर्जा के परिमाण की दोगुनी होती है।

भूस्थिर उपग्रह के लिए:
  • भूस्थिर उपग्रह पृथ्वी की विषुवत रेखा के ऊपर, लगभग 22,300 मील (35,800 किलोमीटर) की दूरी पर वृत्तीय कक्षा में स्थित होते हैं, और इनका आवर्त काल लगभग 24 घंटे होता है, जो पृथ्वी के घूर्णन काल के साथ समन्वित होता है।
  • ये उपग्रह पृथ्वी के समान पश्चिम से पूर्व की दिशा में घूमते हैं।
  • पृथ्वी के घूर्णन के साथ यह समन्वय भूस्थिर उपग्रहों को भूमि से देखने पर आकाश में एक स्थिर स्थिति में बनाए रखता है। इस कारण वे दूरसंचार, मौसम निगरानी, और पृथ्वी अवलोकन जैसे अनुप्रयोगों के लिए आदर्श होते हैं, क्योंकि वे किसी विशिष्ट क्षेत्र पर बिना निरंतर समायोजन या ट्रैकिंग के निरंतर कवरेज प्रदान करते हैं।
द्रव्यमान (m)भार (W)
द्रव्यमान किसी वस्तु में उपस्थित पदार्थ की मात्रा का माप है। यह एक आंतरिक गुण है और वस्तु के स्थान पर निर्भर नहीं करता। इसमें केवल परिमाण होता है।भार वह बल है, जो किसी वस्तु पर गुरुत्वाकर्षण के कारण कार्य करता है। यह वस्तु के द्रव्यमान और गुरुत्वीय त्वरण दोनों पर निर्भर करता है।इसमें परिमाण और दिशा दोनों होते हैं।
द्रव्यमान की मानक इकाई किलोग्राम (kg) है।भार की मानक इकाई SI पद्धति में न्यूटन (N) है।
द्रव्यमान वस्तु की जड़त्व से सीधे संबंधित है, जो गति में परिवर्तन के प्रति उसका प्रतिरोध है।W = m g उदाहरण के लिए, चंद्रमा पर किसी वस्तु का भार पृथ्वी की तुलना में कम होगा क्योंकि चंद्रमा का गुरुत्वीय क्षेत्र कमजोर है, लेकिन उसका द्रव्यमान वही रहता है।
चंद्रमा पर गुरुत्वाकर्षण
  • चंद्रमा पर किसी वस्तु का भार पृथ्वी पर उसके भार का केवल ⅙ वाँ  भाग होता है।
  • लेकिन उसका द्रव्यमान समान ही रहता है।
गुरूत्वाकर्षण

भारहीनता

  • भारहीनता, जिसे प्रायः “शून्य गुरुत्व” कहा जाता है, वह अवस्था है जिसमें मुक्त पतन में वस्तुओं और व्यक्तियों को भार का अनुभव नहीं होता।
  • “शून्य गुरुत्व” शब्द के बावजूद, गुरुत्वाकर्षण अभी भी मौजूद होता है; तथापि, प्रतिक्रिया बल अनुपस्थित होता है (R = 0)। मूल रूप से, भार की अवधारणा वस्तु पर लगने वाले प्रतिक्रिया बल के कारण होती है।
  • यदि नीचे की ओर आ रही लिफ्ट का तार टूट जाए, तो लिफ्ट मुक्त पतन में होगी और हम भारहीनता, अर्थात् शून्य भार, का अनुभव करेंगे।
गुरूत्वाकर्षण

उपग्रह में अंतरिक्ष यात्री तैरते हुए क्यों प्रतीत होते है

 1. मुक्त पतन और भारहीनता:

पृथ्वी की परिक्रमा करने वाले कृत्रिम उपग्रह वास्तव में पृथ्वी की ओर निरंतर मुक्त पतन की अवस्था में होते हैं। तथापि, उनकी उच्च स्पर्शरेखीय गति के कारण, वे पृथ्वी को बार-बार “चूक” जाते हैं—यह एक कक्षा बनाता है।

  • उपग्रह के अंदर सब कुछ, जिसमें अंतरिक्ष यात्री और वस्तुएँ शामिल हैं, गुरुत्वाकर्षण के कारण समान त्वरण के साथ गिर रहा होता है।
  • चूँकि शरीर पर कोई संपर्क बल कार्य नहीं करता (अर्थात्, सामान्य प्रतिक्रिया ( R = 0 )), अंतरिक्ष यात्री कथित भारहीनता का अनुभव करते हैं।
गुरूत्वाकर्षण

2. गुरुत्वीय बनाम अपकेन्द्रीय बल:

कक्षा में:

  • पृथ्वी की ओर उपग्रह को खींचने वाला गुरुत्वीय बल, उसकी वृत्तीय गति के कारण उत्पन्न अपकेन्द्रीय बल द्वारा संतुलित होता है।
  • यह संतुलन एक सूक्ष्म गुरुत्व (माइक्रोग्रैविटी) पर्यावरण बनाता है, जहाँ उपग्रह के अंदर वस्तुओं पर शुद्ध बल लगभग शून्य होता है।

3. ऊपर या नीचे का अभाव:

अंतरिक्ष में, बिना किसी भूमि के खिलाफ धक्का देने या निश्चित ऊर्ध्वाधर दिशा के:

  • कोई स्वाभाविक “अप” या “डाउन” नहीं होता।
  • दिशा वस्तुओं या उपग्रह के आंतरिक भाग की स्थिति के सापेक्ष होती है।

4. सूक्ष्म गुरुत्व में रोचक प्रभाव:

इस अद्वितीय पर्यावरण में, रोजमर्रा की घटनाएँ भिन्न व्यवहार करती हैं:

  • गिलास में पानी: यदि कोई अंतरिक्ष यात्री गिलास को उल्टा करता है, तो पानी नीचे नहीं गिरता।
  • इसके बजाय, पानी बूंदों के रूप में तैरता है क्योंकि इसे नीचे खींचने वाला कोई गुरुत्वाकर्षण नहीं होता।
  • परिणामस्वरूप, अंतरिक्ष यात्री खुले गिलास से पानी नहीं पी सकते। वे शून्य-गुरुत्व पर्यावरण के लिए डिज़ाइन किए गए विशेष स्ट्रॉ या कंटेनरों का उपयोग करते हैं।

FAQ (Previous year questions)

माइक्रोग्रैविटी की घटना, जिसे भारहीनता के रूप में भी जाना जाता है, अंतरिक्ष स्टेशनों में तैरते अंतरिक्ष यात्रियों की तस्वीरों के लिए ज़िम्मेदार है।

  • पृथ्वी की परिक्रमा करने वाले उपग्रह में, प्रत्येक घटक पृथ्वी के केंद्र की ओर एक त्वरण का अनुभव करता है, जो उस स्थिति में पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण त्वरण के बराबर है।
  • परिणामस्वरूप, उपग्रह के अंदर सब कुछ मुक्त रूप से गिरने की स्थिति में है, लेकिन वे पृथ्वी की ओर गिरने के बजाय, इसके चारों ओर गिर रहे हैं।
  • चूँकि उपग्रह के अंदर सभी वस्तुएँ एक ही दर से गिर रही हैं, वे भारहीनता की स्थिति में तैरती हुई प्रतीत होती हैं।
  • गुरूत्वाकर्षण द्वारा ऊर्ध्वाधर दिशा को परिभाषित किए बिना, सभी दिशाएँ उन्हें समान दिखाई देती हैं, जिससे क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर दिशाओं के बीच का अंतर समाप्त हो जाता है।
पहलूगुरूत्वाकर्षण बलविद्युतआणविक बल
बल का स्वभावकेवल आकर्षकआकर्षक या विस्थापक हो सकता है
स्रोतवस्तुओं का द्रव्यमानविद्युत आवेश (धनात्मक या ऋणात्मक)
नियमन्यूटन का सार्वभौमिक गुरूत्वाकर्षण नियमकूलंब का नियम
बल की सीमासभी दूरी पर कार्य करता है (दीर्घकालिक बल)दूरी पर कार्य करता है (दीर्घकालिक, लेकिन आवेश के आकार पर निर्भर करता है)
बल की ताकतविद्युतआणविक बल की तुलना में कमजोर बलगुरूत्वाकर्षण बल से मजबूत बल
माध्यम पर निर्भरताकिसी भी माध्यम में हमेशा समान कार्य करता हैमाध्यम पर निर्भर करता है (हवा में कमजोर, डाईइलेक्ट्रिक में मजबूत)
वस्तुओं पर प्रभाववस्तुओं पर प्रभाव डालता है जिनका द्रव्यमान होता हैवस्तुओं पर प्रभाव डालता है जिनमें विद्युत आवेश होता है
बल की दिशाहमेशा आकर्षकआकर्षक या विस्थापक हो सकता है
उदाहरणपृथ्वी द्वारा वस्तुओं को अपने केंद्र की ओर खींचना (गुरुत्वाकर्षण)आवेशित कणों के बीच बल (धनात्मक से धनात्मक को खींचता है, ऋणात्मक से ऋणात्मक को खींचता है)

दोनों बल मौलिक हैं, लेकिन गुरुत्वाकर्षण बल कमजोर होता है और हमेशा आकर्षक होता है, जबकि विद्युतआणविक बल मजबूत होता है और यह आकर्षक और विस्थापक दोनों हो सकता है।

अंतरिक्ष स्टेशनों में तैरते हुए अंतरिक्ष यात्रियों की  तस्वीरों के पीछे का कारण बताएं।

माइक्रोग्रैविटी की घटना, जिसे भारहीनता के रूप में भी जाना जाता है, अंतरिक्ष स्टेशनों में तैरते अंतरिक्ष यात्रियों की तस्वीरों के लिए ज़िम्मेदार है।
पृथ्वी की परिक्रमा करने वाले उपग्रह में, प्रत्येक घटक पृथ्वी के केंद्र की ओर एक त्वरण का अनुभव करता है, जो उस स्थिति में पृथ्वी के गुरूत्वाकर्षण त्वरण के बराबर है।
परिणामस्वरूप, उपग्रह के अंदर सब कुछ मुक्त रूप से गिरने की स्थिति में है, लेकिन वे पृथ्वी की ओर गिरने के बजाय, इसके चारों ओर गिर रहे हैं।
चूँकि उपग्रह के अंदर सभी वस्तुएँ एक ही दर से गिर रही हैं, वे भारहीनता की स्थिति में तैरती हुई प्रतीत होती हैं।
गुरुत्वाकर्षण द्वारा ऊर्ध्वाधर दिशा को परिभाषित किए बिना, सभी दिशाएँ उन्हें समान दिखाई देती हैं, जिससे क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर दिशाओं के बीच का अंतर समाप्त हो जाता है।

गुरुत्वाकर्षण बल और वैद्युत स्थैतिक बल की तुलना कीजिए।


पहलू
गुरुत्वाकर्षण बल
विद्युतआणविक बल
बल का स्वभाव
केवल आकर्षक
आकर्षक या विस्थापक हो सकता है
स्रोत
वस्तुओं का द्रव्यमान
विद्युत आवेश (धनात्मक या ऋणात्मक)
नियम
न्यूटन का सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण नियम
कूलंब का नियम
बल की सीमा
सभी दूरी पर कार्य करता है (दीर्घकालिक बल)
दूरी पर कार्य करता है (दीर्घकालिक, लेकिन आवेश के आकार पर निर्भर करता है)
बल की ताकत
विद्युतआणविक बल की तुलना में कमजोर बल
गुरूत्वाकर्षण बल से मजबूत बल
माध्यम पर निर्भरता
किसी भी माध्यम में हमेशा समान कार्य करता है
माध्यम पर निर्भर करता है (हवा में कमजोर, डाईइलेक्ट्रिक में मजबूत)
वस्तुओं पर प्रभाव
वस्तुओं पर प्रभाव डालता है जिनका द्रव्यमान होता है
वस्तुओं पर प्रभाव डालता है जिनमें विद्युत आवेश होता है
बल की दिशा
हमेशा आकर्षक
आकर्षक या विस्थापक हो सकता है
उदाहरण
पृथ्वी द्वारा वस्तुओं को अपने केंद्र की ओर खींचना (गुरुत्वाकर्षण)
आवेशित कणों के बीच बल (धनात्मक से धनात्मक को खींचता है, ऋणात्मक से ऋणात्मक को खींचता है)
दोनों बल मौलिक हैं, लेकिन गुरुत्वाकर्षण बल कमजोर होता है और हमेशा आकर्षक होता है, जबकि विद्युतआणविक बल मजबूत होता है और यह आकर्षक और विस्थापक दोनों हो सकता है।

error: Content is protected !!
Scroll to Top