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वक्रीय गति और गति का संयोजन

जब कुल बल वेग की रेखा में न हो, तब पिंड वक्र पर चलता है। वेग हमेशा रास्ते की स्पर्श-रेखा के अनुदिश होता है। एक गति को दो स्वतंत्र गतियों से बनाया जा सकता है (संयोजन) या दो भागों में तोड़ा जा सकता है (वियोजन)। नदी पार करती नाव की चाल v = √(u² + w²) होती है; पार करने का समय केवल नाव की आड़ी चाल पर निर्भर करता है।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. एक गेंद पर कोई बल नहीं है। उसका वेग (नीला तीर) कभी नहीं बदलता, इसलिए रास्ता सीधी रेखा है।
  2. अब बल वेग की दिशा में लगता है (लाल तीर)। गेंद तेज़ होती है, पर रास्ता सीधा ही रहता है।
  3. अब बल बगल से लगता है। हर पल वेग थोड़ा मुड़ता है, इसलिए रास्ता वक्र बन जाता है।
  4. जो बल हमेशा केंद्र की ओर रहे, वह वृत्त बनाता है। वेग हमेशा वृत्त की स्पर्श-रेखा के अनुदिश है।
  5. नाव सीधी नदी पार करती है और नदी उसे बग़ल में बहाती है। दोनों गतियाँ अलग-अलग चलती हैं और मिलकर तिरछा रास्ता बनाती हैं।
  6. अब खेलो: नाव की चाल u और नदी की चाल w बदलो। कुल चाल, पार करने का समय और बहाव देखो।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

रास्ता बगल के बल से ही क्यों मुड़ता है?

वेग की दिशा वाला बल केवल चाल बदलता है। बल का बग़ल वाला भाग वेग को मोड़ता है, और मुड़ता वेग यानी मुड़ता रास्ता। चरण 1 और 2 की तुलना करो।

वृत्त में चाल वही रहे तो क्या गेंद में त्वरण है?

हाँ। वेग की दिशा बदलती रहती है और इसके लिए केंद्र की ओर बल और त्वरण चाहिए।

वेग स्पर्श-रेखा पर क्यों है, केंद्र की ओर क्यों नहीं?

गेंद वृत्त के अनुदिश चल रही है, केंद्र की ओर गिर नहीं रही। 3D में हल्के तीर वृत्त को एक-एक बिंदु पर छूते हैं।

क्या नदी नाव को पार करने में धीमा करती है?

नहीं। छोटी हरी गेंद (आड़ी गति) नदी जो भी करे, उसी तरह चलती है। नदी केवल दूसरी छोटी गेंद को किनारे के अनुदिश चलाती है।

पार करने का समय कैसे निकालें?

समय = चौड़ाई ÷ नाव की आड़ी चाल। खेल में w बदलो और समय को वही रहता देखो।

सीधा या वक्र? वक्रीय गति की शर्तें

पिंड सीधी रेखा में चलता है अगर कुल बल शून्य हो, या कुल बल ठीक उसके वेग की दिशा में (या उलटी दिशा में) हो। तब केवल चाल बदलती है।

पिंड वक्र पर (वक्रीय गति) चलता है जब कुल बल वेग की दिशा में नहीं होता। बल का बग़ल वाला भाग वेग को मोड़ता है। हर बिंदु पर वेग रास्ते की स्पर्श-रेखा के अनुदिश होता है और रास्ता उसी ओर मुड़ता है जिधर बल धकेलता है।

दो उदाहरण: तिरछा फेंका गया गेंद (गुरुत्व का बल नीचे, वेग तिरछा) और डोरी से घुमाया गया पत्थर (बल केंद्र की ओर, वेग स्पर्श-रेखा पर)।

वेग हमेशा स्पर्श-रेखा के अनुदिश

घूमते पत्थर की डोरी काट दो तो पत्थर उसी रेखा में उड़ता है जिसमें वह उस क्षण चल रहा था। वही रेखा स्पर्श-रेखा है। इससे पता चलता है कि किसी भी बिंदु पर वेग स्पर्श-रेखा के अनुदिश होता है। वक्रीय गति में वेग की दिशा बदलती रहती है, इसलिए चाल स्थिर रहने पर भी पिंड में त्वरण होता है।

गति का संयोजन

जब पिंड एक साथ दो गतियों में भाग लेता है, तो उसकी असली गति दोनों का संयोजन (सदिश योग) है। मुख्य नियम है स्वतंत्रता: हर गति ऐसे चलती है जैसे दूसरी हो ही नहीं। विस्थापन, वेग और त्वरण सदिश की तरह जुड़ते हैं।

नदी में नाव: शांत पानी में नाव की चाल u (आड़ी) और नदी की चाल w (किनारे के अनुदिश)। वास्तविक चाल v = √(u² + w²) और किनारे से कोण tan θ = u/w।

चौड़ाई D की नदी पार करने का समय t = D/u। नदी का बहाव w नाव को केवल w × t दूरी बहा देता है। समय नहीं बदलता।

गति का वियोजन

वियोजन उलटा काम है: एक गति को समकोण पर दो गतियों में तोड़ना। क्षैतिज से कोण θ पर वेग v के घटक vx = v cos θ और vy = v sin θ होते हैं। दोनों घटकों को अलग-अलग पढ़कर फिर जोड़ सकते हैं। प्रक्षेप्य गति में हम यही करेंगे: क्षैतिज में एक-सी चाल और ऊर्ध्वाधर में गुरुत्व के साथ गति।

नाव के विशेष मामले: सबसे कम समय में पार करने के लिए नाव को सीधे आड़ी दिशा में चलाओ (t = D/u)। ठीक सामने उतरने के लिए धारा के विरुद्ध लंब से कोण θ पर नाक करो जहाँ sin θ = w/u; इसके लिए u > w चाहिए।

खुद करके देखो

एक कंचे को झुकी मेज़ या काग़ज़ पर सीधा लुढ़काओ जबकि दोस्त काग़ज़ को धीरे-धीरे बग़ल में खींचता है। हर सेकंड पर कंचे की जगह पेंसिल से बिंदु लगाओ। रास्ता तिरछी रेखा बनेगा। काग़ज़ तेज़ खींचो तो रेखा और झुकेगी, पर कंचा उसी समय में दूसरे किनारे पहुँचेगा।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. नाव शांत पानी में 4 m/s से सीधी नदी पार करने चलती है। नदी 3 m/s से बहती है। नाव की वास्तविक चाल और किनारे से कोण निकालो।

v = √(4² + 3²) = 5 m/s। tan θ = u/w = 4/3, तो किनारे से θ ≈ 53°।

2. नदी 100 m चौड़ी है। u = 4 m/s आड़ा और w = 3 m/s हो तो पार करने का समय और बहाव निकालो।

t = D/u = 100/4 = 25 s। बहाव = w × t = 3 × 25 = 75 m धारा की दिशा में।

3. गेंद को ज़मीन से 30° ऊपर 10 m/s से मारा गया। उसके क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर वेग घटक निकालो।

vₓ = 10 cos 30° = 8.66 m/s और v_y = 10 sin 30° = 5 m/s।

4. हवाई जहाज़ हवा में 80 m/s से उत्तर की ओर चलता है। पश्चिम से पूर्व को 60 m/s की हवा चल रही है। ज़मीन के सापेक्ष उसकी चाल क्या है?

v = √(80² + 60²) = √10000 = 100 m/s, उत्तर से पूर्व की ओर कोण जिसका tan = 60/80।

5. u = 5 m/s की नाव को w = 3 m/s और 120 m चौड़ी नदी के ठीक सामने उतरना है। उसे किस दिशा में चलना होगा और कितना समय लगेगा?

sin θ = w/u = 3/5, तो लंब से धारा के विरुद्ध θ ≈ 37°। आड़ी चाल = √(5² − 3²) = 4 m/s। t = 120/4 = 30 s।

6. 0.8 m ऊँची मेज़ से गेंद 2 m/s की क्षैतिज चाल से लुढ़ककर गिरती है। गिरने का समय, क्षैतिज दूरी और ज़मीन पर पहुँचने की चाल निकालो (g = 10 m/s²)।

ऊर्ध्वाधर: 0.8 = ½ × 10 × t², तो t = 0.4 s। क्षैतिज दूरी = 2 × 0.4 = 0.8 m। ऊर्ध्वाधर चाल = 10 × 0.4 = 4 m/s। चाल = √(2² + 4²) = √20 ≈ 4.5 m/s।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. पिंड सीधी रेखा में चलता है जब कुल बल:
2. वक्र रास्ते पर पिंड का वेग किसके अनुदिश होता है?
3. नाव की आड़ी चाल u = 6 m/s और नदी w = 8 m/s हो तो वास्तविक चाल:
4. नदी की चाल w नाव के पार करने की किस बात को बदलती है?
5. सबसे कम समय में नदी पार करने के लिए नाव को चलाओ:

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

वक्रीय गति क्या है?

यह वक्र रास्ते पर होने वाली गति है। इसके लिए ऐसा कुल बल चाहिए जो वेग की दिशा में न हो।

गति का संयोजन क्या है?

एक साथ होने वाली दो गतियों (जैसे नाव की अपनी गति और नदी का बहाव) को वेगों के सदिश योग से एक असली गति में जोड़ना संयोजन है।

संयोजन और वियोजन में क्या अंतर है?

संयोजन दो गतियों को एक में जोड़ता है। वियोजन एक गति को समकोण पर दो में तोड़ता है।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

चीन高一Compulsory 2 Ch.5 Projectile motion

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