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मशीनों पर लगने वाले बल

मशीन तभी चलती है जब उस पर बल लगता है। नेट बल = धक्का − घर्षण, और त्वरण a = नेट बल ÷ द्रव्यमान। कार्य = बल × दूरी (जूल)। शक्ति = कार्य ÷ समय (वॉट)। दक्षता = उपयोगी निर्गत ÷ निवेश × 100%। घर्षण से कुछ ऊर्जा गर्मी बनकर बेकार जाती है, इसलिए तेल और बेयरिंग लगाते हैं।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. ट्रैक पर एक ट्रॉली रखी है। उसे कोई नहीं धकेल रहा, इसलिए वह रुकी रहती है। बल नहीं, तो गति में बदलाव नहीं।
  2. अब 10 न्यूटन का हरा धक्का लगा। ट्रॉली तेज़ होने लगी। त्वरण = बल ÷ द्रव्यमान = 10 ÷ 2 = 5 मी/से²।
  3. अब घर्षण आया। लाल तीर पीछे खींचता है, 4 न्यूटन। नेट बल = 10 − 4 = 6 न्यूटन, इसलिए ट्रॉली कम तेज़ होती है।
  4. ट्रॉली को भारी करो, 4 किग्रा। धक्का वही, पर घर्षण 8 न्यूटन हो गया। नेट बल सिर्फ़ 2 न्यूटन, इसलिए बहुत धीरे तेज़ होती है।
  5. अब कार्य गिनो। कार्य = बल × दूरी। ट्रॉली चलती है तो जूल बढ़ते दिखते हैं। शक्ति = कार्य ÷ समय।
  6. खुला खेल: धक्का और द्रव्यमान बदलो। घर्षण से छोटा धक्का लगाकर देखो। क्या होता है?

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

बल न लगे तो ट्रॉली क्यों नहीं चलती?

चीज़ें अपने आप गति नहीं बदलतीं। रुकी ट्रॉली को चलाने के लिए नेट बल चाहिए। चरण 0 में कोई तीर नहीं है, इसलिए वह रुकी है।

भारी ट्रॉली धीरे क्यों तेज़ होती है?

त्वरण = नेट बल ÷ द्रव्यमान। धक्का वही हो तो ज़्यादा द्रव्यमान से त्वरण कम मिलता है। घर्षण भी द्रव्यमान के साथ बढ़ता है। चरण 3 में दोनों दिखते हैं।

क्या घर्षण हमेशा बुरा है?

नहीं। घर्षण न हो तो टायर फिसलेंगे और ब्रेक रोक नहीं पाएँगे। वह वहीं बुरा है जहाँ हमें चिकनी गति और कम गर्मी चाहिए।

दीवार को ज़ोर से धकेलूँ तो क्या कार्य होता है?

नहीं। कार्य के लिए दूरी चाहिए। दीवार न हिले तो दूरी शून्य है, इसलिए कार्य शून्य है।

कार्य और शक्ति में क्या अंतर है?

कार्य खर्च हुई ऊर्जा है। शक्ति यह है कि वह कितनी तेज़ी से खर्च हुई, कार्य ÷ समय। कम समय में उतना ही कार्य हो तो शक्ति ज़्यादा है।

हल्का धक्का देने पर मेरी ट्रॉली क्यों नहीं चली?

धक्का घर्षण से बड़ा नहीं था, इसलिए नेट बल शून्य रहा। खुले खेल में स्लाइडर चलाकर देखो।

मशीनों में बल और गति

बल धक्का या खिंचाव है। इसे न्यूटन (N) में नापते हैं। अगर किसी पुर्ज़े पर बल संतुलित हों, तो वह जैसा चल रहा था वैसा ही रहता है। असंतुलित हों, तो वह तेज़ होता है, धीमा होता है या मुड़ता है।

बचा हुआ बल नेट बल कहलाता है। ट्रॉली के लिए: नेट बल = धक्का − घर्षण।

त्वरण = नेट बल ÷ द्रव्यमान (a = F ÷ m)। बल ज़्यादा तो त्वरण ज़्यादा। द्रव्यमान ज़्यादा तो त्वरण कम। इसीलिए लदा हुआ ट्रक धीरे चलना शुरू करता है।

मशीनों में घर्षण

घर्षण वह बल है जो दो सतहों के छूने पर गति का विरोध करता है। यह हमेशा गति की उल्टी दिशा में होता है। सरल नियम: घर्षण = μ × m × g। यहाँ μ बताता है कि सतहें कितनी खुरदरी हैं (कोई इकाई नहीं), m द्रव्यमान है और g लगभग 10 मी/से² है।

ब्रेक, बेल्ट और टायर में घर्षण काम का है। शाफ़्ट और गियर में यह नुकसान करता है, क्योंकि गर्मी बनती है और पुर्ज़े घिसते हैं। इसे तेल, ग्रीस, बॉल बेयरिंग और चिकनी सतहों से घटाते हैं।

अगर धक्का घर्षण से बड़ा नहीं है, तो नेट बल शून्य है और पुर्ज़ा चलना शुरू नहीं करता।

कार्य, ऊर्जा और शक्ति

जब बल किसी चीज़ को हिलाता है तब कार्य होता है। कार्य = बल × दूरी (बल की दिशा में)। इकाई: जूल (J)। दीवार को धकेलो और वह न हिले, तो विज्ञान में कार्य शून्य है।

ऊर्जा कार्य करने की क्षमता है। इसकी इकाई भी जूल है। ईंधन और बिजली मशीन को ऊर्जा देते हैं; मशीन उसे कार्य में बदलती है।

शक्ति = कार्य ÷ समय। इकाई: वॉट (W), 1 वॉट = 1 जूल प्रति सेकंड। ज़्यादा शक्ति वाली मशीन वही कार्य जल्दी कर देती है। 1 kW = 1000 W।

दक्षता: जो ऊर्जा बेकार जाती है

कोई भी मशीन सारी निवेश ऊर्जा को उपयोगी कार्य में नहीं बदल पाती। कुछ ऊर्जा गर्मी और आवाज़ बन जाती है, ज़्यादातर घर्षण के कारण।

दक्षता = उपयोगी निर्गत ÷ निवेश × 100%। 75% दक्षता का मतलब है कि 25% बेकार गई। अच्छा तेल और बेयरिंग दक्षता बढ़ाते हैं।

मशीनें बल और दूरी का लेन-देन भी करती हैं: लीवर कम दूरी में ज़्यादा बल देता है, पर कार्य उतना ही रहता है (देखें यांत्रिक व्यवस्था)।

करके देखो: ट्रॉली और किताबें

खिलौना गाड़ी में धागा बाँधो। रबर बैंड को हर बार एक जितना खींचकर गाड़ी को खींचो। पहले 2 किताबें रखो, फिर 4। पहले अंदाज़ा लगाओ: गाड़ी कम तेज़ होगी या ज़्यादा? फिर फ़र्श पर कपड़ा रगड़ो या रेत डालो और फिर करो। यह 3D के चरण 1 से 3 का असली रूप है।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. 20 N का धक्का बिना घर्षण वाली 4 किग्रा की ट्रॉली पर लगता है। त्वरण निकालो।

a = F ÷ m = 20 ÷ 4 = 5 मी/से²।

2. 6 किग्रा की गाड़ी पर 30 N का धक्का है। घर्षण 12 N है। त्वरण निकालो।

नेट बल = 30 − 12 = 18 N। a = 18 ÷ 6 = 3 मी/से²।

3. 5 किग्रा की ट्रॉली पर μ = 0.2 है। घर्षण बल निकालो (g = 10 मी/से²)।

घर्षण = μ × m × g = 0.2 × 5 × 10 = 10 N।

4. 50 N का बल एक डिब्बे को 8 मी खिसकाता है। कितना कार्य हुआ?

W = F × d = 50 × 8 = 400 J।

5. एक क्रेन 500 N का भार 6 मी ऊपर 10 सेकंड में उठाती है। कार्य और शक्ति निकालो।

कार्य = 500 × 6 = 3000 J। शक्ति = 3000 ÷ 10 = 300 W।

6. एक मोटर 2000 J लेती है और 1500 J उपयोगी कार्य देती है। दक्षता और बेकार ऊर्जा निकालो।

दक्षता = 1500 ÷ 2000 × 100 = 75%। बेकार = 2000 − 1500 = 500 J (गर्मी के रूप में)।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. बल की इकाई है:
2. नेट बल वही हो और द्रव्यमान ज़्यादा हो तो:
3. कार्य =
4. 1 वॉट है:
5. शाफ़्ट में घर्षण कौन घटाता है?

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

नेट बल क्या है?

सभी धक्कों और खिंचावों को दिशा के साथ जोड़ने पर जो बल बचता है। ट्रॉली में नेट बल = धक्का − घर्षण।

मशीनों में घर्षण अच्छा है या बुरा?

दोनों। ब्रेक और टायर को इसकी ज़रूरत है। गियर और शाफ़्ट में यह ऊर्जा बर्बाद करता है और घिसाव लाता है, इसलिए तेल लगाते हैं।

कार्य और शक्ति में क्या फ़र्क़ है?

कार्य यह है कि किसी को हिलाने में कितनी ऊर्जा लगी। शक्ति यह है कि कार्य कितनी तेज़ी से हुआ: कार्य ÷ समय।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

जापान高校(専門学科)1〜3年Machine Design

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