ऑब्जेक्टिव फिजिक्स खंड 1 NEET के लिए

1. भौतिकी मापन और विश्लेषण के माध्यम से संसार को परिमाणित करती है

भौतिकी के नियमों का वर्णन करने के लिए जिन मात्राओं का उपयोग किया जाता है, उन्हें भौतिक मात्राएँ कहते हैं, जैसे लंबाई, द्रव्यमान, आयतन आदि।

मापन अत्यंत आवश्यक है। भौतिकी की नींव भौतिक मात्राओं के सटीक मापन पर टिकी होती है। ये मात्राएँ, जैसे लंबाई, द्रव्यमान और समय, ब्रह्मांड और उसके नियमों को समझने के लिए आधारशिला का काम करती हैं। मानक इकाई प्रणालियाँ, जैसे एसआई प्रणाली, विश्वभर में मापों की सुसंगतता और तुलनात्मकता सुनिश्चित करती हैं।

इकाइयाँ संदर्भ प्रदान करती हैं। हर मापन को अर्थपूर्ण बनाने के लिए एक इकाई आवश्यक होती है। एसआई प्रणाली मौलिक मात्राओं के लिए आधार इकाइयाँ निर्धारित करती है (लंबाई के लिए मीटर, द्रव्यमान के लिए किलोग्राम, समय के लिए सेकंड आदि) और व्युत्पन्न मात्राओं के लिए भी (जैसे गति के लिए मीटर प्रति सेकंड, बल के लिए न्यूटन)। इकाइयों को समझना भौतिक मानों की व्याख्या के लिए अनिवार्य है।

आयाम संबंधों को उजागर करते हैं। आयामी विश्लेषण मौलिक आयामों ([M], [L], [T] आदि) का उपयोग करके समीकरणों की सुसंगतता जांचता है और भौतिक मात्राओं के बीच संबंध निकालता है। मापन में त्रुटियाँ अवश्य होती हैं, जिन्हें व्यवस्थित (सिस्टमेटिक) और यादृच्छिक (रैंडम) वर्गों में बांटा जा सकता है तथा पूर्ण, सापेक्ष और प्रतिशत त्रुटि के रूप में मापा जा सकता है, जिससे परिणामों की विश्वसनीयता समझी जा सके।

2. गति सापेक्ष होती है और वेक्टरों द्वारा सटीक रूप से वर्णित की जाती है

कोण धनात्मक (या ऋणात्मक) होता है यदि प्रारंभिक रेखा एंटी-क्लॉकवाइज (या क्लॉकवाइज) दिशा में घूमकर अंतिम रेखा बनाती है।

गति सापेक्ष है। किसी वस्तु का विश्राम या गति में होना पूरी तरह से पर्यवेक्षक के संदर्भ फ्रेम पर निर्भर करता है। एक वस्तु एक पर्यवेक्षक के सापेक्ष स्थिर हो सकती है, जबकि दूसरे के सापेक्ष गतिशील। यह सापेक्षता गति के वर्णन का मूल सिद्धांत है।

वेक्टर गति को दर्शाते हैं। विस्थापन, वेग और त्वरण जैसी मात्राएँ मात्रात्मक और दिशा दोनों में होती हैं, इसलिए इन्हें वेक्टर मात्राएँ कहा जाता है। वेक्टरों को तीरों द्वारा ग्राफिक रूप में और घटकों (जैसे i, j, k) के रूप में गणितीय रूप से व्यक्त किया जाता है। वेक्टर बीजगणित (जोड़, घटाव, डॉट उत्पाद, क्रॉस उत्पाद) इन मात्राओं को सटीक रूप से संचालित करने के उपकरण प्रदान करता है।

गतिकी गति को परिमाणित करती है। गतिकी गति का वर्णन करती है बिना इसके कारणों को देखे। मुख्य अवधारणाएँ हैं:

• दूरी (स्केलर पथ लंबाई) बनाम विस्थापन (वेक्टर स्थिति परिवर्तन)
• गति (स्केलर दूरी की दर) बनाम वेग (वेक्टर विस्थापन की दर)
• त्वरण (वेक्टर वेग परिवर्तन की दर)

समान त्वरण वाली गति के लिए सरल गतिक समीकरण समय और विस्थापन के साथ इन मात्राओं को जोड़ते हैं।

3. बल गति में परिवर्तन लाते हैं, केवल गति को नहीं

वह कारक जो गति या गति में परिवर्तन के लिए आवश्यक होता है, उसे बल कहते हैं।

बल त्वरण उत्पन्न करते हैं। न्यूटन के गति के नियम बल और गति के बीच संबंध बताते हैं। पहला नियम जड़त्व को समझाता है – कोई वस्तु स्थिर रहती है या समान गति से चलती रहती है जब तक उस पर बाहरी बल न लगाया जाए। दूसरा नियम इसे परिमाणित करता है: किसी वस्तु पर लगने वाला कुल बल उसके द्रव्यमान और त्वरण के अनुपात में होता है (F=ma)।

बल हमेशा जोड़े में आते हैं। न्यूटन का तीसरा नियम कहता है कि हर क्रिया के लिए समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है। बल हमेशा जोड़े में होते हैं जो अलग-अलग वस्तुओं पर कार्य करते हैं। सामान्य बलों में शामिल हैं:

• भार (गुरुत्वाकर्षण का खिंचाव)
• सामान्य प्रतिक्रिया (सतह का समर्थन)
• तनाव (रस्सी या तार में खिंचाव)
• घर्षण (सापेक्ष गति का विरोध)
• स्प्रिंग बल (स्प्रिंग में प्रत्यावर्तन बल)

संतुलन का अर्थ है बलों का संतुलित होना। कोई वस्तु संतुलन में होती है यदि उस पर लगने वाला कुल बल शून्य हो। इसका मतलब है कि वह या तो स्थिर है या समान वेग से चल रही है। मुक्त शरीर आरेख वस्तु पर लगने वाले सभी बलों को दिखाकर उसकी गति या संतुलन की स्थिति का विश्लेषण करने में मदद करते हैं।

4. ऊर्जा एक मौलिक मात्रा है जो रूपांतरित होती है लेकिन संरक्षित रहती है

किसी वस्तु की ऊर्जा उसकी कार्य करने की क्षमता के रूप में परिभाषित होती है।

कार्य ऊर्जा का स्थानांतरण करता है। जब कोई बल विस्थापन की दिशा में कार्य करता है, तो कार्य होता है। यह एक स्केलर मात्रा है जो ऊर्जा के स्थानांतरण को दर्शाती है। स्थिर बल द्वारा किया गया कार्य बल और विस्थापन का डॉट उत्पाद होता है (W = F · s)। परिवर्ती बलों के लिए कार्य को विस्थापन पर बल के समाकलन से निकाला जाता है।

ऊर्जा के अनेक रूप होते हैं। ऊर्जा विभिन्न रूपों में होती है, जैसे यांत्रिक ऊर्जा (गतिकीय और स्थितिज ऊर्जा)। गतिकीय ऊर्जा गति की ऊर्जा है (KE = 1/2 mv²), जबकि स्थितिज ऊर्जा वस्तु की स्थिति या विन्यास के कारण संग्रहीत ऊर्जा होती है (जैसे गुरुत्वीय PE = mgh, लोचदार PE = 1/2 kx²)।

ऊर्जा संरक्षित रहती है। कार्य-ऊर्जा प्रमेय कहता है कि किसी वस्तु पर किया गया कुल कार्य उसकी गतिकीय ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर होता है। व्यापक रूप से, ऊर्जा संरक्षण का नियम कहता है कि पृथक प्रणाली की कुल ऊर्जा स्थिर रहती है, हालांकि यह विभिन्न रूपों में परिवर्तित हो सकती है (जैसे PE से KE)। शक्ति वह दर है जिस पर कार्य किया जाता है या ऊर्जा स्थानांतरित होती है।

5. संवेग पृथक प्रणालियों में क्रियाओं के दौरान स्थिर रहता है

एक पृथक प्रणाली (जिस पर कोई बाहरी बल नहीं लगता) का कुल संवेग स्थिर रहता है और समय के साथ नहीं बदलता।

संवेग गति को परिमाणित करता है। रैखिक संवेग एक वेक्टर मात्रा है जो द्रव्यमान और वेग के गुणनफल के रूप में परिभाषित होती है (p = mv)। यह किसी वस्तु की "गति की मात्रा" को दर्शाता है। किसी प्रणाली का कुल संवेग उसके सभी कणों के संवेगों का वेक्टर योग होता है।

संवेग संरक्षित रहता है। रैखिक संवेग संरक्षण का नियम न्यूटन के दूसरे और तीसरे नियमों का प्रत्यक्ष परिणाम है। यह कहता है कि यदि किसी प्रणाली पर कोई कुल बाहरी बल नहीं लगता, तो उसका कुल संवेग स्थिर रहता है। यह सिद्धांत टक्करों और विस्फोटों के विश्लेषण में अत्यंत उपयोगी है।

टक्करों में संवेग संरक्षित रहता है। टक्कर वे क्रियाएँ हैं जहाँ वस्तुएँ एक-दूसरे पर थोड़े समय के लिए बल लगाती हैं। सभी प्रकार की टक्करों (लचीली, अलचीली, पूर्ण अलचीली) में संवेग संरक्षित रहता है। किसी प्रणाली का द्रव्यमान केंद्र ऐसा चलता है मानो सभी बाहरी बल एक कण पर लग रहे हों; यदि कुल बाहरी बल शून्य हो तो इसकी वेग स्थिर रहती है।

6. घूर्णन गति अनुवाद गति के समानांतर अवधारणाओं के साथ होती है

जड़त्वाघूर्ण घूर्णन गति में उसी भूमिका में होता है जैसे द्रव्यमान अनुवाद गति में।

किसी अक्ष के चारों ओर घूर्णन। घूर्णन गति किसी वस्तु की एक निश्चित अक्ष के चारों ओर घूमने की क्रिया है। किसी कठोर वस्तु के सभी कण इस अक्ष के चारों ओर वृत्ताकार गति करते हैं। घूर्णन गतिकी में कोणीय विस्थापन, वेग और त्वरण का उपयोग होता है, जो रैखिक मात्राओं के समकक्ष हैं।

घूर्णन जड़त्व। जड़त्वाघूर्ण (I) द्रव्यमान का घूर्णन समकक्ष है; यह किसी वस्तु की घूर्णन गति में परिवर्तन के प्रति प्रतिरोध को मापता है। यह द्रव्यमान वितरण और अक्ष पर निर्भर करता है। समानांतर अक्ष प्रमेय (I = I_CM + MR²) और लंबवत अक्ष प्रमेय (I_z = I_x + I_y) जैसे सिद्धांत जटिल आकृतियों के जड़त्वाघूर्ण की गणना में सहायक होते हैं।

टॉर्क कोणीय त्वरण उत्पन्न करता है। टॉर्क (τ), बल का घूर्णन समकक्ष, बल का वह घुमावदार प्रभाव है। यह बल और अक्ष से लंबवत दूरी का गुणनफल होता है (τ = r × F)। टॉर्क कोणीय त्वरण उत्पन्न करता है (τ = Iα)। कोणीय संवेग (L), रैखिक संवेग का घूर्णन समकक्ष, संरक्षित रहता है यदि प्रणाली पर कोई बाहरी टॉर्क न लगे (L = Iω)।

7. गुरुत्वाकर्षण सार्वभौमिक आकर्षण को नियंत्रित करता है

ब्रह्मांड के प्रत्येक कण द्वारा प्रत्येक अन्य कण को आकर्षित करने वाला बल उनके द्रव्यमानों के गुणनफल के समानुपाती और उनके केंद्रों के बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

न्यूटन का गुरुत्वाकर्षण नियम। यह मौलिक नियम ब्रह्मांड में किसी भी दो द्रव्यमानों के बीच आकर्षण बल का वर्णन करता है। यह बल द्रव्यमानों के गुणनफल के समानुपाती और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है (F = G m1m2/r²)। यह बल सदैव आकर्षक होता है, केंद्रों को जोड़ने वाली रेखा के साथ कार्य करता है और संरक्षित होता है।

गुरुत्वाकर्षण पृथ्वी का खिंचाव है। गुरुत्वाकर्षण पृथ्वी द्वारा अन्य वस्तुओं पर लगाया गया विशेष गुरुत्वाकर्षण बल है। गुरुत्वाकर्षण त्वरण (g) वह त्वरण है जो पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के कारण किसी वस्तु को प्राप्त होता है। इसका मान ऊँचाई, गहराई, पृथ्वी के आकार और उसकी घूर्णन गति के अनुसार बदलता रहता है।

गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र और संभावित ऊर्जा। किसी द्रव्यमान के चारों ओर गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र होता है जहाँ अन्य द्रव्यमान बल अनुभव करते हैं। गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र तीव्रता बल प्रति इकाई द्रव्यमान होती है। गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा वह ऊर्जा है जो द्रव्यमानों के गुरुत्वाकर्षण क्रिया के कारण संग्रहीत होती है, और इसे इकाई द्रव्यमान को अनंत से किसी बिंदु तक लाने के लिए किया गया कार्य माना जाता है।

8. ऊष्मा तापमान के अंतर और अवस्थांतरण के कारण ऊर्जा का स्थानांतरण है

वह ऊर्जा जो विभिन्न पिंडों या प्रणालियों के बीच तापमान के अंतर के कारण विनिमयित होती है, उसे ऊष्मा कहते हैं।

ऊष्मा ऊर्जा का स्थानांतरण है। ऊष्मा वह ऊर्जा है जो केवल तापमान के अंतर के कारण प्रणालियों के बीच प्रवाहित होती है। तापमान गर्मी या ठंडक की मात्रा को मापता है, जिसे सेल्सियस, फ़ारेनहाइट और केल्विन जैसे पैमानों से मापा जाता है। ऊष्मा धारिता और विशिष्ट ऊष्मा यह दर्शाते हैं कि किसी पदार्थ का तापमान बदलने के लिए कितनी ऊष्मा आवश्यक है।

अवस्थांतरण में गुप्त ऊष्मा की आवश्यकता होती है। पदार्थ अपनी अवस्था (ठोस, द्रव, गैस) को स्थिर तापमान पर बदल सकते हैं, जिसमें वे गुप्त ऊष्मा अवशोषित या उत्सर्जित करते हैं। गलन/जमाव के लिए गुप्त ऊष्मा को गुप्त ऊष्मा गलन कहते हैं, और वाष्पीकरण/संघनन के लिए गुप्त ऊष्मा वाष्पीकरण। ताप वक्र ऊष्मा जोड़ने पर तापमान और अवस्थांतरण को दर्शाते हैं।

ऊष्मा संचरण के तरीके। ऊष्मा संचरण के तीन मुख्य तरीके हैं:

• संवहन (ठोस में अणु कंपन)
• प्रवाह (तरल या गैस में द्रव्यमान का संचलन)
• विकिरण (विद्युतचुंबकीय तरंगें, जिसके लिए माध्यम आवश्यक नहीं)

थर्मल चालकता किसी पदार्थ की ऊष्मा संचरण क्षमता को मापती है। विकिरण के नियमों में स्टीफन का नियम (ऊर्जा विकिरण ∝ T⁴) और वीन का विस्थापन नियम (पीक तरंगदैर्ध्य ∝ 1/T) शामिल हैं।

9. गैसें अपने अणुओं की सामूहिक गति के आधार पर व्यवहार करती हैं

गैस कणों की औसत गतिज ऊर्जा नमूने के तापमान (केल्विन में) के समानुपाती होती है।

गतिज सिद्धांत के आधार। यह सिद्धांत गैसों को यादृच्छिक गति करते अणुओं के समूह के रूप में वर्णित करता है। मुख्य मान्यताएँ हैं: अणुओं का आयतन नगण्य है, अणुओं के बीच कोई आकर्षण या विकर्षण बल नहीं है, टक्करे लचीली होती हैं, और औसत गतिज ऊर्जा पूर्ण तापमान के समानुपाती होती है।

टक्करों से दबाव उत्पन्न होता है। गैस का दबाव कंटेनर की दीवारों पर अणुओं के टकराने से उत्पन्न होता है। दबाव अणुओं की संख्या घनत्व और औसत गतिज ऊर्जा के समानुपाती होता है। आदर्श गैस सरल नियमों (बॉयल, चार्ल्स, गै-लुसाक) का पालन करती है जो दबाव, आयतन और तापमान को जोड़ते हैं।

अणुओं की गति और मुक्त पथ। गैस अणुओं की गति का वितरण होता है (औसत, मूलक वर्ग माध्य, सबसे संभावित)। मूलक वर्ग माध्य वेग तापमान और मोलर द्रव्यमान से जुड़ा होता है। मुक्त पथ वह औसत दूरी है जो अणु टक्कर के बीच तय करता है, जो अणु के आकार और संख्या घनत्व पर निर्भर करता है। वास्तविक गैसें उच्च दबाव और निम्न तापमान पर आदर्श व्यवहार से विचलित होती हैं, जिसे वैन डेर वाल्स समीकरण द्वारा समझाया जाता है।

10. ऊर्जा रूपांतरण मौलिक नियमों का पालन करते हैं जो प्रक्रियाओं पर सीमाएँ निर्धारित करते हैं

यदि किसी प्रणाली को बाहरी कार्य करने में सक्षम ऊष्मा दी जाती है, तो प्रणाली द्वारा अवशोषित ऊष्मा की मात्रा उसकी आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि और प्रणाली द्वारा किया गया बाहरी कार्य के योग के बराबर होती है।

ऊष्मागतिक प्रणालियाँ और अवस्थाएँ। ऊष्मागतिकी ऊर्जा रूपांतरण का अध्ययन करती है, जिसमें प्रणालियाँ सीमाओं और परिवेश से परिभाषित होती हैं। किसी प्रणाली की अवस्था दबाव, आयतन और तापमान जैसे चर द्वारा वर्णित होती है, जो अवस्था समीकरण से जुड़े होते हैं। प्रक्रियाएँ अवस्थाओं के बीच परिवर्तन को दर्शाती हैं।

प्रथम नियम: ऊर्जा संरक्षण। प्रथम नियम कहता है कि प्रणाली में जो ऊष्मा डाली जाती है, वह उसकी आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन और प्रणाली द्वारा किए गए कार्य के योग के बराबर होती है (∆Q = ∆U + ∆W)। आंतरिक ऊर्जा एक अवस्था फलन है, जो केवल वर्तमान अवस्था पर निर्भर करती है, जबकि ऊष्मा और कार्य मार्ग-निर्भर होते हैं।

ऊष्मागतिक प्रक्रियाएँ। विशिष्ट प्रक्रियाएँ स्थिर परिस्थितियों में होती हैं:

• समदाब (दबाव स्थिर)
• समआयतन (आयतन स्थिर, W=0)
• समतापीय (तापमान स्थिर, आदर्श गैस के लिए ∆U=0)
• समऊष्मा (कोई ऊष्मा स्थानांतरण नहीं, ∆Q=0)
• चक्रीय (प्रारंभिक अवस्था में लौटती है, चक्र के लिए ∆U=0)

द्वितीय नियम: दक्षता पर सीमाएँ। द्वितीय नियम ऊर्जा रूपांतरण पर सीमाएँ लगाता है। यह कहता है कि ऊष्मा को पूरी तरह कार्य में परिव