Ontario Grade 12 SPH4U Physics (Grade 12, University Preparation)

अध्याय: 6

1. A. Scientific Investigation Skills and Career Exploration

A1 Scientific Investigation Skills · A2 Career Exploration

वैज्ञानिक विधि – वैज्ञानिक विधि वह सावधान तरीका है जिससे वैज्ञानिक पता लगाते हैं कि दुनिया कैसे चलती है। कुछ देखो (प्रेक्षण), परखने लायक प्रश्न पूछो, परिकल्पना बनाओ (साफ़, परखने योग्य अनुमान), निष्पक्ष प्रयोग से परखो (एक चर बदलो, एक मापो, बाकी सब एक जैसा), दोहराओ और आँकड़े लिखो, विश्लेषण करो, निष्कर्ष निकालो और साझा करो ताकि दूसरे जाँच सकें। जो नतीजे परिकल्पना से मेल न खाएँ, वे भी काम के हैं: वे नई परिकल्पना की ओर ले जाते हैं।

2. B. Dynamics

B1 Relating Science to Technology, Society, and the Environment · B2 Developing Skills of Investigation and Communication · B3 Understanding Basic Concepts

गतिकी: बल, घर्षण, नत तल और वृत्तीय गति – गतिकी बताती है कि चीज़ें जैसे चलती हैं वैसे क्यों चलती हैं। न्यूटन के नियम जड़त्वीय (बिना त्वरण वाले) तंत्र में सीधे लगते हैं; त्वरित तंत्र में काल्पनिक बल महसूस होते हैं। मुक्त-पिंड आरेख बनाओ, बल जोड़ो (भार, अभिलंब, लगाया बल, तनाव, घर्षण) और ΣF = ma लगाओ। स्थैतिक घर्षण μₛN तक चीज़ रोके रखता है; फिसलते समय गतिज घर्षण μₖN। नत तल पर भार mg sinθ और mg cosθ में बँटता है। जुड़ी वस्तुओं का त्वरण एक होता है। एकसमान वृत्तीय गति में a = v²/r केंद्र की ओर और F = mv²/r।

3. C. Energy and Momentum

C1 Relating Science to Technology, Society, and the Environment · C2 Developing Skills of Investigation and Communication · C3 Understanding Basic Concepts

एक और दो विमाओं में प्रत्यास्थ और अप्रत्यास्थ संघट्ट – हर संघट्ट (टक्कर) में कुल संवेग संरक्षित रहता है (छोटी सी टक्कर में बाहरी बल नहीं)। प्रत्यास्थ संघट्ट में गतिज ऊर्जा भी संरक्षित रहती है। अप्रत्यास्थ में कुछ गतिज ऊर्जा ऊष्मा, ध्वनि या पिचकने में जाती है; वस्तुएँ चिपक जाएँ तो पूर्णतः अप्रत्यास्थ। 1D प्रत्यास्थ में (वस्तु 2 रुकी हो): v₁ = (m₁ − m₂)u₁/(m₁ + m₂), v₂ = 2m₁u₁/(m₁ + m₂)। 2D में x और y दोनों दिशाओं में अलग-अलग संवेग संरक्षित।

4. D. Gravitational, Electric, and Magnetic Fields

D1 Relating Science to Technology, Society, and the Environment · D2 Developing Skills of Investigation and Communication · D3 Understanding Basic Concepts

वैद्युत आवेश तथा क्षेत्र – आवेश दो तरह का होता है, संरक्षित रहता है और e = 1.6 × 10⁻¹⁹ C के पूरे पैकेटों में आता है। दो बिंदु आवेश F = kq₁q₂/r² बल से धकेलते या खींचते हैं (k = 9 × 10⁹ N m² C⁻²)। कई आवेशों के बल और क्षेत्र सदिश की तरह जुड़ते हैं (अध्यारोपण)। बिंदु आवेश का क्षेत्र E = kq/r² है। द्विध्रुव (±q, दूरी 2a) का आघूर्ण p = q·2a है; एकसमान क्षेत्र में उस पर कुल बल शून्य पर बल-आघूर्ण τ = pE sinθ होता है। फ्लक्स Φ = E·A, और गाउस नियम: किसी बंद सतह से कुल फ्लक्स = अंदर का आवेश/ε₀। इससे तार (λ/2πε₀r), समतल चादर (σ/2ε₀) और पतले गोलीय कोश (बाहर kq/r², अंदर 0) का क्षेत्र मिलता है।

5. E. The Wave Nature of Light

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व्यतिकरण (यंग का द्वि-झिरी प्रयोग) और एकल झिरी विवर्तन – दो कला-संबद्ध स्रोत (समान आवृत्ति, स्थिर कलांतर) दीप्त और अदीप्त फ्रिंजों का स्थिर पैटर्न बनाते हैं। पर्दे के किसी बिंदु पर पथांतर Δ = yd/D: Δ = nλ पर दीप्त, Δ = (n + ½)λ पर अदीप्त। सभी फ्रिंज समान चौड़ाई β = λD/d के होते हैं। a चौड़ाई की एकल झिरी विवर्तन देती है: 2λD/a चौड़ा चमकीला केंद्रीय उच्चिष्ठ, पहला निम्निष्ठ a sin θ = λ पर, और हल्के पार्श्व उच्चिष्ठ।

6. F. Revolutions in Modern Physics: Quantum Mechanics and Special Relativity

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आधुनिक भौतिकी: क्वांटम सिद्धांत और आपेक्षिकता – आधुनिक भौतिकी लगभग 1900 में शुरू हुई, जब पुरानी (चिरसम्मत) भौतिकी बहुत छोटी और बहुत तेज़ चीज़ों पर फ़ेल हुई। क्वांटम सिद्धांत कहता है कि ऊर्जा पैकेटों में आती है: फ़ोटॉन की ऊर्जा E = hf। प्रकाश-विद्युत प्रभाव दिखाता है कि प्रकाश कण की तरह भी चलता है, और व्यतिकरण दिखाता है कि इलेक्ट्रॉन जैसे कण तरंग की तरह भी (λ = h/p)। विशिष्ट आपेक्षिकता कहती है कि प्रकाश का वेग सब प्रेक्षकों के लिए एक है, इसलिए चलती घड़ी धीमी (t = γt₀), चलती लंबाई छोटी, और द्रव्यमान ऊर्जा है (E = mc²)। लेज़र, सोलर सेल, इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी, GPS और नाभिकीय ऊर्जा इन्हीं पर चलते हैं।