मूल भौतिक राशियाँ

भौतिक राशि क्या है?

भौतिक राशि वह गुण है जिसे हम नाप सकते हैं। हम उसे संख्या और मात्रक के साथ लिखते हैं, जैसे 6 सेमी, 5 N या 36 किमी/घंटा। मात्रक के बिना संख्या का कोई मतलब नहीं। नापने के लिए यंत्र चाहिए: पैमाना, तराज़ू, स्टॉपवॉच, थर्मामीटर। हम SI मात्रक (मीटर, किलोग्राम, सेकंड) इस्तेमाल करते हैं क्योंकि वे पूरी दुनिया में एक जैसे हैं।

चाल, आयतन और भार

चाल बताती है कि कोई चीज़ कितनी तेज़ चल रही है: चाल = दूरी ÷ समय। मात्रक: मी/से या किमी/घंटा। 36 किमी/घंटा = 10 मी/से।

आयतन वह जगह है जो कोई वस्तु घेरती है। डिब्बे के लिए V = लंबाई × चौड़ाई × ऊँचाई। मात्रक: सेमी³ या मी³। द्रवों के लिए लीटर: 1 लीटर = 1000 सेमी³।

द्रव्यमान वस्तु में पदार्थ की मात्रा है (किग्रा, ग्राम)। भार उस द्रव्यमान पर पृथ्वी का खिंचाव है। यह एक बल है और न्यूटन (N) में नापा जाता है: W = m × g, जहाँ g लगभग 10 N प्रति किग्रा है। 5 किग्रा के थैले का भार लगभग 50 N है। चंद्रमा पर द्रव्यमान वही रहता है, पर भार लगभग छठा हिस्सा हो जाता है।

बल धक्का या खिंचाव है। वह चाल, दिशा या आकार बदल सकता है।

घनत्व और तैरना

घनत्व बताता है कि हर सेमी³ में कितना द्रव्यमान भरा है: घनत्व = द्रव्यमान ÷ आयतन। मात्रक: ग्राम/सेमी³ या किग्रा/मी³। पानी का घनत्व 1 ग्राम/सेमी³ (1000 किग्रा/मी³) है। लकड़ी लगभग 0.6, बर्फ़ लगभग 0.9, एल्युमिनियम 2.7 और लोहा 7.9 ग्राम/सेमी³ है।

तैरना: अगर वस्तु का घनत्व द्रव से कम है तो वह तैरती है। ज़्यादा हो तो डूबती है। तैरती वस्तु का कुछ भाग पानी के अंदर रहता है। घनत्व 0.6 हो तो लगभग 60% भाग पानी में रहता है। लोहे का जहाज़ इसलिए तैरता है कि वह खोखला है और उसमें बहुत हवा है, इसलिए पूरे जहाज़ (लोहा और हवा) का घनत्व पानी से कम हो जाता है।

दाब

दाब बताता है कि बल प्रत्येक इकाई क्षेत्रफल पर कितनी ज़ोर से दबाता है: दाब = बल ÷ क्षेत्रफल। मात्रक पास्कल (Pa) है: 1 Pa = 1 वर्ग मीटर पर 1 N। वही बल छोटे क्षेत्रफल पर ज़्यादा दाब देता है। इसीलिए चाकू तेज़ होता है, कील की नोक होती है और ऊँट के पैर रेत के लिए चौड़े होते हैं।

द्रव भी दबाते हैं। गहराई के साथ दाब बढ़ता है, इसलिए बाँध की दीवार नीचे से मोटी होती है। संबद्ध बर्तनों (नीचे से पाइप से जुड़े बर्तन) में एक ही द्रव हर बर्तन में एक ही स्तर तक पहुँचता है, आकार कोई भी हो।

ताप, ऊष्मा और विद्युत आवेश

ताप बताता है कि कोई चीज़ कितनी गर्म या ठंडी है। उसे थर्मामीटर से °C में नापते हैं। वह बताता है कि छोटे-छोटे कण कितनी तेज़ हिल रहे हैं।

ऊष्मा वह ऊर्जा है जो गर्म वस्तु से ठंडी वस्तु की ओर बहती है (जूल में नापी जाती है)। गुनगुने पानी के बड़े बर्तन में चम्मच भर उबलते पानी से ज़्यादा ऊष्मा होती है, भले ही चम्मच का ताप ज़्यादा हो। इसलिए ऊष्मा और ताप अलग हैं।

विद्युत आवेश (मात्रक: कूलॉम) पदार्थ का एक गुण है। आवेश धनात्मक या ऋणात्मक होते हैं। समान आवेश एक-दूसरे को दूर धकेलते हैं, विपरीत आवेश पास खींचते हैं। चलते आवेश से विद्युत धारा बनती है।

सरल परिपथ में हम बैटरी, स्विच और बल्ब को तारों से एक बंद लूप में जोड़ते हैं। स्विच बंद करने पर आवेश बहते हैं और बल्ब जलता है। लूप खुला हो तो कुछ नहीं बहता।

तीन जाने-माने प्रयोग

• आनत तल (ढलान): सामान को सीधे ऊपर उठाने से ढलान पर चढ़ाने में कम बल लगता है, पर बल को लंबी दूरी तक लगाना पड़ता है।
• तैरना: बाल्टी में लकड़ी, पत्थर, सिक्का और प्लास्टिक की बोतल डालो। पहले अनुमान लगाओ, फिर घनत्व से जाँचो।
• संबद्ध बर्तन: अलग-अलग आकार की दो जुड़ी हुई बोतलों में से एक में पानी डालो। पानी दोनों में एक ही स्तर तक चढ़ता है।

खुद करके देखो

घर पर: पानी के टब में कॉर्क, सिक्का, सेब और प्लास्टिक का चम्मच डालो। अनुमान लगाओ कौन तैरेगा, कौन डूबेगा। फिर जाँचो। पेंसिल को हथेली पर पहले नोक से, फिर सपाट सिरे से दबाओ। कौन ज़्यादा चुभता है? यही दाब है।

3D में: डालने से पहले अनुमान लगाओ कि लकड़ी, बर्फ़, एल्युमिनियम या लोहा, कौन तैरेगा। फिर हर एक को डालकर देखो।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

• चाल = दूरी ÷ समय
• V = l × b × h (डिब्बा)
• W = m × g (g ≈ 10 N/किग्रा)
• घनत्व ρ = द्रव्यमान ÷ आयतन
• दाब P = बल ÷ क्षेत्रफल (1 Pa = 1 N/मी²)
• तैरता है यदि ρ(वस्तु) < ρ(द्रव)
• मात्रक: मी/से, सेमी³, N, ग्राम/सेमी³, Pa, °C, J, C

हल किए गए उदाहरण

आम गलतियाँ

• द्रव्यमान और भार को एक मान लेना। द्रव्यमान किग्रा में है और हर जगह वही रहता है। भार न्यूटन में नापा जाने वाला बल है।
• ऊष्मा और ताप को एक समझना। ताप बताता है कितना गर्म है; ऊष्मा वह ऊर्जा है जो बहती है।
• सोचना कि भारी चीज़ हमेशा डूबती है। असल बात घनत्व की है, कुल भार की नहीं। बड़ा लट्ठा भी तैरता है।
• मात्रक भूल जाना, या सेमी² और मी² को मिला देना: भाग देने से पहले दोनों को एक ही मात्रक में बदलो।